JP7735995B2 - Zoom lens and imaging device - Google Patents
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Description
本開示は、例えばミラーレスカメラシステムに適したズームレンズ、および、そのようなズームレンズを備えた撮像装置に関する。 The present disclosure relates to a zoom lens suitable for, for example, a mirrorless camera system, and an imaging device equipped with such a zoom lens.
近年、レンズ交換式デジタルカメラシステムが急速に普及している。そのようなカメラシステムに適用可能なズームレンズとして、例えば特許文献1、2には、広角端での画角が100度を超えるような超広角ズームレンズが提案されている。特許文献1、2に提案されているズームレンズは、長いフランジバックを確保したレトロフォーカスタイプとなっている。一方、ミラーレスデジタルカメラと呼ばれる、カメラ本体内にクイックリターンミラーを持たないレンズ交換式デジタルカメラシステムが注目されている。ミラーレスカメラシステムは、最も像面側に配置されたレンズから撮像素子までの距離(バックフォーカス)がレフレックスカメラシステムより短い。Interchangeable-lens digital camera systems have rapidly become popular in recent years. Patent documents 1 and 2, for example, propose ultra-wide-angle zoom lenses that have an angle of view exceeding 100 degrees at the wide-angle end as zoom lenses that can be used in such camera systems. The zoom lenses proposed in Patent documents 1 and 2 are retrofocus types that ensure a long flange focal distance. Meanwhile, mirrorless digital cameras, which are interchangeable-lens digital camera systems that do not have a quick-return mirror inside the camera body, are attracting attention. Mirrorless camera systems have a shorter back focus (distance from the lens closest to the image plane to the image sensor) than reflex camera systems.
例えば特許文献3には、ミラーレスカメラシステムに適した、フランジバックが短い超広角ズームレンズが提案されているが、より光学全長が短く、明るく高性能なズームレンズの開発が望まれている。 For example, Patent Document 3 proposes an ultra-wide-angle zoom lens with a short flange focal distance that is suitable for mirrorless camera systems, but there is a demand for the development of a brighter, higher-performance zoom lens with a shorter overall optical length.
光学全長が短く、明るく高性能なズームレンズ、およびそのようなズームレンズを搭載した撮像装置を提供することが望ましい。 It is desirable to provide a bright, high-performance zoom lens with a short optical length, and an imaging device equipped with such a zoom lens.
本開示の一実施の形態に係るズームレンズは、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第1群と、正の屈折力を有する第2群と、1または複数のレンズ群を有する中間群と、3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群とから構成され、広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、最終群において、3つ以上のレンズ成分は、負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分とを含む。
第2レンズ成分は、物体側に凹面を向けた単レンズであってもよい。
また、第2レンズ成分の最も物体側の面には、近軸球面に対するサグ量が中心部に比べて周辺部において大きくなるような非球面が形成されていてもよい。
また、第3レンズ成分のアッベ数をνd、部分分散比をΘgFとしたとき、以下の条件式を満足してもよい。
νd>70 ……(1)
0.015<ΔΘgF<0.1 ……(2)
ただし、
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd:第3レンズ成分のd線に対する屈折率
ng:第3レンズ成分のg線に対する屈折率
nF:第3レンズ成分のF線に対する屈折率
nC:第3レンズ成分のC線に対する屈折率
とする。
また、第2群は、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、光軸方向に沿って移動し、最も物体側の面が物体側に凸面を向けており、中間群において最も像面側に配置されたレンズ群は、正の屈折力を有し、望遠端において物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、像面側へ移動し、以下の条件式を満足してもよい。
1.5<R2GF/fw<5 ……(4)
ただし、
R2GF:第2群の最も物体側の面の曲率半径
fw:広角端における全系の焦点距離
とする。
また、第2群は、最も物体側に、以下の条件式を満足するレンズを有していてもよい。
Nd2G>1.8 ……(5)
ただし、
Nd2G:第2群の最も物体側のレンズのd線に対する屈折率
とする。
A zoom lens according to an embodiment of the present disclosure is composed of, in order from the object side to the image surface side, a first group having negative refractive power, a second group having positive refractive power, an intermediate group having one or more lens groups, and a final group having three or more lens components and negative refractive power, wherein the spacing between adjacent groups changes when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, and the three or more lens components in the final group include a first lens component having negative refractive power and located third closest to the image surface, a second lens component having negative refractive power and located second closest to the image surface, and a third lens component having positive refractive power and located closest to the image surface.
The second lens component may be a single lens with a concave surface facing the object side.
Furthermore, the surface of the second lens component closest to the object side may be formed with an aspherical surface such that the amount of sag with respect to the paraxial spherical surface is greater in the periphery than in the center.
Furthermore, when the Abbe number of the third lens component is vd and the partial dispersion ratio is ΘgF, the following conditional expression may be satisfied.
νd>70...(1)
0.015<ΔΘgF<0.1...(2)
however,
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd: refractive index of the third lens component with respect to the d line
ng: refractive index of the third lens component for the g-line
nF: refractive index of the third lens component for the F line
nC: refractive index of the third lens component with respect to the C line
Let's say.
Furthermore, the second group may move along the optical axis when focusing from an object distance of infinity to a close distance, and the surface closest to the object may be convex toward the object side, and the lens group in the intermediate group that is positioned closest to the image plane may have positive refractive power, and may move toward the image plane when focusing from an object distance of infinity to a close distance at the telephoto end, and may satisfy the following conditional expression:
1.5<R2GF/fw<5...(4)
however,
R2GF: Radius of curvature of the surface in the second group closest to the object
fw: focal length of the entire system at the wide-angle end
Let's say.
The second lens unit may have, at the most object side, a lens that satisfies the following condition:
Nd2G>1.8...(5)
however,
Nd2G: refractive index for the d-line of the lens closest to the object in the second group
Let's say.
本開示の一実施の形態に係る撮像装置は、ズームレンズと、ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、ズームレンズを、上記本開示の一実施の形態に係るズームレンズによって構成したものである。 An imaging device according to one embodiment of the present disclosure includes a zoom lens and an imaging element that outputs an imaging signal corresponding to an optical image formed by the zoom lens, and the zoom lens is configured by the zoom lens according to the embodiment of the present disclosure.
本開示の一実施の形態に係るズームレンズ、または撮像装置では、全体として5つ以上の群で構成され、光学全長が短く、明るく高性能な性能を得ることが可能となるように、各群の構成の最適化が図られている。 A zoom lens or imaging device according to one embodiment of the present disclosure is composed of five or more groups overall, with the configuration of each group optimized to enable a short overall optical length and bright, high-performance performance.
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
0.比較例
1.レンズの基本構成
2.作用・効果
3.撮像装置への適用例
4.レンズの数値実施例
5.応用例
6.その他の実施の形態
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The description will be made in the following order.
0. Comparative Example 1. Basic Lens Configuration 2. Actions and Effects 3. Application Examples to Imaging Devices 4. Numerical Examples of Lenses 5. Application Examples 6. Other Embodiments
<0.比較例>
特許文献1および特許文献2で提案されているレトロフォーカスタイプのズームレンズは、フランジバックを確保しながら超広角化が比較的容易ではある。しかしながら、超広角において長いフランジバックを確保するために像面側に強い正の屈折力、物体側に強い負の屈折力を配置しており、収差補正が十分ではない。また、ミラーレスカメラシステムにとっては上記の屈折力配置は小型化の制約となっている。
<0. Comparative Example>
The retrofocus zoom lenses proposed in Patent Documents 1 and 2 make it relatively easy to achieve an ultra-wide angle while maintaining a sufficient flange focal distance. However, in order to ensure a long flange focal distance at an ultra-wide angle, a strong positive refractive power is provided on the image plane side and a strong negative refractive power is provided on the object side, which results in insufficient aberration correction. Furthermore, for mirrorless camera systems, this refractive power arrangement places a constraint on miniaturization.
特許文献3で提案されているズームレンズは、最も像面側のレンズ群に強い正の屈折力を配置しないことで光学全長の短縮化を実現しているが、最も像面側のレンズ群内の構成が最適になっておらず収差補正が十分ではない。結果として、広角端での広画角化および大口径化が十分でない。 The zoom lens proposed in Patent Document 3 achieves a short overall optical length by not placing a strong positive refractive power in the lens group closest to the image plane, but the configuration within the lens group closest to the image plane is not optimal, resulting in insufficient aberration correction. As a result, the angle of view and aperture at the wide-angle end are not sufficiently wide.
そこで、光学全長が短く、明るく高性能なズームレンズ、およびそのようなズームレンズを搭載した撮像装置の開発が望まれている。特に、ミラーレスカメラシステムに適した、光学全長が短く、開放F値の明るい超広角ズームレンズの開発が望まれている。 Therefore, there is a demand for the development of a bright, high-performance zoom lens with a short overall optical length, as well as an imaging device equipped with such a zoom lens. In particular, there is a demand for the development of an ultra-wide-angle zoom lens with a short overall optical length and a bright maximum F-number that is suitable for mirrorless camera systems.
<1.レンズの基本構成>
図1は、本開示の一実施の形態に係るズームレンズの第1の構成例を示しており、後述する実施例1の構成に相当する。図6は、一実施の形態に係るズームレンズの第2の構成例を示しており、後述する実施例2の構成に相当する。図11は、一実施の形態に係るズームレンズの第3の構成例を示しており、後述する実施例3の構成に相当する。図16は、一実施の形態に係るズームレンズの第4の構成例を示しており、後述する実施例4の構成に相当する。
<1. Basic lens structure>
FIG. 1 shows a first configuration example of a zoom lens according to an embodiment of the present disclosure, which corresponds to the configuration of Example 1 described below. FIG. 6 shows a second configuration example of a zoom lens according to an embodiment, which corresponds to the configuration of Example 2 described below. FIG. 11 shows a third configuration example of a zoom lens according to an embodiment, which corresponds to the configuration of Example 3 described below. FIG. 16 shows a fourth configuration example of a zoom lens according to an embodiment, which corresponds to the configuration of Example 4 described below.
図1等において、Z1は光軸を示す。第1ないし第4の構成例に係るズームレンズ1~4と像面IMGとの間には、撮像素子保護用のカバーガラス等の光学部材が配置されていてもよい。また、カバーガラスの他にも、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の各種の光学フィルタが配置されていてもよい。 In Figure 1 and other figures, Z1 indicates the optical axis. An optical component such as a cover glass for protecting the image sensor may be disposed between the zoom lenses 1 to 4 according to the first to fourth configuration examples and the image plane IMG. In addition to the cover glass, various optical filters such as a low-pass filter or an infrared cut filter may also be disposed.
以下、本開示の一実施の形態に係るズームレンズの構成を、適宜図1等に示した各構成例に係るズームレンズ1~4に対応付けて説明するが、本開示による技術は、図示した構成例に限定されるものではない。 Below, the configuration of a zoom lens according to one embodiment of the present disclosure will be described, appropriately corresponding to zoom lenses 1 to 4 according to each configuration example shown in Figure 1 etc., but the technology according to the present disclosure is not limited to the configuration examples shown.
一実施の形態に係るズームレンズは、光軸Z1に沿って、物体側から像面側に向かって順に、第1群GP1と、第2群GP2と、中間群GPmと、最終群GPrとから構成されている。 A zoom lens according to one embodiment is composed of, along the optical axis Z1, in order from the object side to the image plane side, a first group GP1, a second group GP2, an intermediate group GPm, and a final group GPr.
第1群GP1は、全体として負の屈折力を有している。第2群GP2は、全体として正の屈折力を有している。 The first group GP1 has negative refractive power as a whole. The second group GP2 has positive refractive power as a whole.
中間群GPmは、1または複数のレンズ群を有する。中間群GPmは、例えば図1に示す第1の構成例、図6に示す第2の構成例、および図11に示す第3の構成例のように、レンズ群が第3群GP3と第4群GP4とからなる構成であってもよい(ズームレンズ全体として5群構成)。また、中間群GPmは、例えば図16に示す第4の構成例のように、レンズ群が第3群GP3からなる構成であってもよい(ズームレンズ全体として4群構成)。The intermediate group GPm has one or more lens groups. The intermediate group GPm may be configured, for example, as in the first configuration example shown in FIG. 1, the second configuration example shown in FIG. 6, and the third configuration example shown in FIG. 11, where the lens group is composed of the third group GP3 and the fourth group GP4 (the zoom lens has a five-group configuration as a whole). The intermediate group GPm may also be configured, for example, as in the fourth configuration example shown in FIG. 16, where the lens group is composed of the third group GP3 (the zoom lens has a four-group configuration as a whole).
最終群GPrは、3つ以上のレンズ成分を有し、全体として負の屈折力を有する。最終群GPrは、3つ以上のレンズ成分として、第1レンズ成分Laと、第2レンズ成分Lbと、第3レンズ成分Lcとを有している。第1レンズ成分Laは、負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置されている。第2レンズ成分Lbは、負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置されている。第3レンズ成分Lcは、正の屈折力を有し、最も像面側に配置されている。ここで、レンズ成分とは接合レンズまたは単レンズのことをいう。 The final group GPr has three or more lens components and has negative refractive power overall. The final group GPr has three or more lens components: a first lens component La, a second lens component Lb, and a third lens component Lc. The first lens component La has negative refractive power and is located third from the image side. The second lens component Lb has negative refractive power and is located second from the image side. The third lens component Lc has positive refractive power and is located closest to the image side. Here, lens components refer to cemented lenses or single lenses.
一実施の形態に係るズームレンズは、広角端から望遠端へとズーミングする際に、各群は、光軸Z1に沿って、隣り合う群同士の間隔が変化するように移動する。なお、図1等では、広角端、かつ無限遠合焦時のレンズ配置を示している。図1等には、広角端から望遠端へとズーミングする際の各群の移動軌跡の概要を矢印で示す。 When zooming from the wide-angle end to the telephoto end in a zoom lens according to one embodiment, each group moves along the optical axis Z1 so that the spacing between adjacent groups changes. Figures 1 and other figures show the lens arrangement at the wide-angle end and when focusing at infinity. Arrows in Figure 1 and other figures show an outline of the movement trajectory of each group when zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
その他、一実施の形態に係るズームレンズは、後述する所定の条件式等をさらに満足することが望ましい。 In addition, it is desirable that the zoom lens according to one embodiment further satisfies certain conditional expressions, etc., as described below.
<2.作用・効果>
次に、本開示の一実施の形態に係るズームレンズの作用および効果を説明する。併せて、本開示の一実施の形態に係るズームレンズにおける、より望ましい構成を説明する。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
<2. Actions and Effects>
Next, the operation and effects of the zoom lens according to the embodiment of the present disclosure will be described, along with a more desirable configuration of the zoom lens according to the embodiment of the present disclosure.
The effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also be present.
一実施の形態に係るズームレンズによれば、全体として4つ以上の群で構成し、各群の構成の最適化を図るようにしたので、光学全長が短く、明るく高性能なズームレンズ、および撮像装置を実現可能となる。特に、ミラーレスカメラシステムに適した、光学全長が短く、開放F値の明るい超広角ズームレンズを実現可能となる。 The zoom lens according to one embodiment is configured with four or more groups overall, with each group optimized for its configuration, making it possible to realize a bright, high-performance zoom lens and imaging device with a short overall optical length. In particular, it makes it possible to realize an ultra-wide-angle zoom lens with a short overall optical length and a bright maximum F-number that is suitable for mirrorless camera systems.
広角化に有利なレトロフォーカスタイプの光学系では、最も物体側に負の屈折力の群を配置する。これに対し、一実施の形態に係るズームレンズでは、最も像面側にも負の屈折力の群を配置することでフランジバックを短くし、光学全長の短縮が可能となる。 In retrofocus optical systems, which are advantageous for wide-angle lenses, the group with negative refractive power is located closest to the object. In contrast, in a zoom lens according to one embodiment, the group with negative refractive power is also located closest to the image plane, which shortens the flange back and enables the overall optical length to be reduced.
一実施の形態に係るズームレンズでは、最終群GPrの構成として、最も像面側に負のレンズ成分を配置することが第1群GP1との対称性が良く、収差補正上は有利となるが、一方で、軸外光線の像面側への射出角が大きくなる。像面IMGに撮像素子を配置するデジタルカメラの場合、像面IMGへの入射角が大きくなると撮像素子の受光感度が低下し、受光光量の低下や色づきといった現象が発生するため、適切ではない。そのため、一実施の形態に係るズームレンズでは、最も像面側に正の屈折力を有する第3レンズ成分Lcを配置することで像面IMGへの光線入射角の増大を抑制しつつ、第3レンズ成分Lcよりも物体側に負の屈折力を有する第1レンズ成分Laと第2レンズ成分Lbとを配置することで、効果的に最終群GPrの負の屈折力を強めている。In a zoom lens according to one embodiment, arranging a negative lens component closest to the image plane in the configuration of the final group GPr provides good symmetry with the first group GP1 and is advantageous for aberration correction, but it also increases the exit angle of off-axial rays toward the image plane. In the case of a digital camera in which an image sensor is located at the image plane IMG, this is not appropriate because a large angle of incidence on the image plane IMG reduces the light-receiving sensitivity of the image sensor, resulting in phenomena such as a decrease in the amount of received light and coloring. Therefore, in a zoom lens according to one embodiment, the third lens component Lc, which has positive refractive power, is located closest to the image plane to suppress an increase in the angle of incidence of rays on the image plane IMG, while the first lens component La and the second lens component Lb, which have negative refractive power, are located closer to the object than the third lens component Lc, thereby effectively strengthening the negative refractive power of the final group GPr.
一実施の形態に係るズームレンズにおいて、最終群GPrの第2レンズ成分Lbは、物体側に凹面を向けた単レンズであることが望ましい。一実施の形態に係るズームレンズでは、広角端において第2レンズ成分Lbを通過する軸外光線の光線高さが高くなるため、上記の構成をとることで第1群GP1で発生した歪曲収差を効率的に補正することが可能になる。 In a zoom lens according to one embodiment, the second lens component Lb of the final group GPr is preferably a single lens with a concave surface facing the object side. In a zoom lens according to one embodiment, the height of off-axial rays passing through the second lens component Lb increases at the wide-angle end, so the above configuration makes it possible to efficiently correct distortion occurring in the first group GP1.
一実施の形態に係るズームレンズにおいて、第2レンズ成分Lbの最も物体側の面には、近軸球面に対するサグ量が中心部に比べて周辺部において大きくなるような非球面が形成されていることが望ましい。超広角ズームレンズでは、広角端と望遠端とで第1群GP1を通る軸外光線の高さが大きく異なるため、望遠端に対して広角端において第1群GP1での歪曲発生量が大きくなる。一実施の形態に係るズームレンズでは、第2レンズ成分Lbを通る軸外光線の高さが広角端と望遠端とで異なることを利用し、第1群GP1で発生した歪曲収差を、光線通過高が高くなる第2レンズ成分Lbの周辺部で強く補正できるように、近軸球面に対して周辺部においてサグ量が大きくなるような非球面を形成している。In a zoom lens according to one embodiment, it is desirable that the surface closest to the object of the second lens element Lb be formed with an aspherical surface that exhibits a greater amount of sag relative to the paraxial spherical surface at the periphery than at the center. In an ultra-wide-angle zoom lens, the heights of off-axial rays passing through the first lens element GP1 differ greatly between the wide-angle end and the telephoto end, resulting in greater distortion in the first lens element GP1 at the wide-angle end than at the telephoto end. In a zoom lens according to one embodiment, the difference in the heights of off-axial rays passing through the second lens element Lb between the wide-angle end and the telephoto end is utilized to form an aspherical surface that exhibits a greater amount of sag relative to the paraxial spherical surface at the periphery, enabling greater correction of distortion occurring in the first lens element GP1 at the periphery where the ray passing height is higher.
また、一実施の形態に係るズームレンズは、第3レンズ成分Lcのアッベ数をνd、部分分散比をΘgFとしたとき、以下の条件式(1),(2)を満足することが望ましい。
νd>70 ……(1)
0.015<ΔΘgF<0.1 ……(2)
ただし、
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd:第3レンズ成分Lcのd線に対する屈折率
ng:第3レンズ成分Lcのg線に対する屈折率
nF:第3レンズ成分LcのF線に対する屈折率
nC:第3レンズ成分LcのC線に対する屈折率
とする。
Furthermore, it is desirable that the zoom lens according to one embodiment satisfies the following conditional expressions (1) and (2), where the Abbe number of the third lens component Lc is vd and the partial dispersion ratio is ΘgF.
νd>70...(1)
0.015<ΔΘgF<0.1...(2)
however,
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd: refractive index of the third lens component Lc for the d-line, ng: refractive index of the third lens component Lc for the g-line, nF: refractive index of the third lens component Lc for the F-line, and nC: refractive index of the third lens component Lc for the C-line.
第3レンズ成分Lcを条件式(1),(2)を満足する材料で構成することで、広角端から望遠端に亘って倍率色収差を悪化させることなく、最も像面側に正の屈折力の第3レンズ成分Lcを配置することができる。 By constructing the third lens component Lc from a material that satisfies conditional expressions (1) and (2), it is possible to position the third lens component Lc with positive refractive power closest to the image plane without worsening chromatic aberration of magnification from the wide-angle end to the telephoto end.
また、一実施の形態に係るズームレンズは、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
1.0<BW/fw<2.0 ……(3)
ただし、
BW:広角端におけるバックフォーカス
fw:広角端における全系の焦点距離
とする。
It is also desirable that the zoom lens according to one embodiment satisfies the following conditional expression (3).
1.0<BW/fw<2.0...(3)
however,
BW: back focus at the wide-angle end fw: focal length of the entire system at the wide-angle end.
条件式(3)は広角端における全系の焦点距離とバックフォーカスとの関係を設定するための条件式である。条件式(3)の上限値を上回る場合は焦点距離に対してバックフォーカスが長くなりすぎてしまい、全系の大型化につながる。条件式(3)の下限値を下回る場合は、広角端における全系の焦点距離を十分に小さくできずに広角化が十分にできない。もしくは最も像面側のレンズが像面IMGに近づきすぎるため、メカ部材を含めた配置が困難となり好ましくない。 Conditional expression (3) is a conditional expression for setting the relationship between the focal length and back focus of the entire system at the wide-angle end. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the back focus will be too long relative to the focal length, resulting in an increase in the size of the entire system. If the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, the focal length of the entire system at the wide-angle end cannot be made sufficiently small, resulting in an insufficient wide-angle. Alternatively, the lens closest to the image plane will be too close to the image plane IMG, making it difficult to arrange the mechanical components, which is undesirable.
なお、条件式(3)の上限値を1.5にした下記条件式(3A)を満足することで、全系をさらに小型化でき、より好ましい。
1.0<BW/fw<1.5 ……(3A)
It is more preferable to satisfy the following conditional expression (3A) in which the upper limit of conditional expression (3) is set to 1.5, since this allows the entire system to be made even more compact.
1.0<BW/fw<1.5...(3A)
また、広角化の観点で、条件式(3)の下限値を1.1にした下記条件式(3B)を満足することが、より好ましい。
1.1<BW/fw<2.0 ……(3B)
Furthermore, from the viewpoint of widening the angle of view, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (3B) in which the lower limit of conditional expression (3) is set to 1.1.
1.1<BW/fw<2.0...(3B)
また、一実施の形態に係るズームレンズは、第2群GP2が、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、光軸方向に沿って移動し、最も物体側の面が物体側に凸面を向けており、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
1.5<R2GF/fw<5 ……(4)
ただし、
R2GF:第2群GP2の最も物体側の面の曲率半径
fw:広角端における全系の焦点距離
とする。
In addition, in a zoom lens according to one embodiment, it is desirable that the second group GP2 moves along the optical axis direction when focusing from an object distance of infinity to a close distance, that the surface closest to the object side faces a convex surface toward the object side, and that the following conditional expression (4) be satisfied:
1.5<R2GF/fw<5...(4)
however,
R2GF: radius of curvature of the surface of the second lens unit GP2 closest to the object side; fw: focal length of the entire system at the wide-angle end.
条件式(4)は、第2群GP2の最も物体側の面の曲率半径と広角端における全系の焦点距離との関係を規定する式である。第2群GP2の最も物体側の面が物体側に凸面を向けていることで、フォーカシング駆動した際の第2群GP2における最も物体側の面に対する光線の入射角の変動を抑え、像面湾曲の変動を抑制することが可能になる。条件式(4)の下限値を下回る場合、第2群GP2の最も物体側の面の曲率半径が小さくなりすぎ、当該面で発生する球面収差、およびコマ収差の補正が困難になる。条件式(4)の上限値を上回る場合、第2群GP2の正の屈折力が弱くなり、フォーカシング時の第2群GP2の必要駆動量が長くなり、全系の大型化につながり好ましくない。Conditional expression (4) defines the relationship between the radius of curvature of the surface of the second group GP2 closest to the object and the focal length of the entire system at the wide-angle end. By making the surface of the second group GP2 closest to the object convex toward the object, fluctuations in the angle of incidence of light rays on the surface of the second group GP2 closest to the object during focusing are suppressed, thereby suppressing fluctuations in field curvature. If the lower limit of conditional expression (4) is exceeded, the radius of curvature of the surface of the second group GP2 closest to the object becomes too small, making it difficult to correct the spherical aberration and coma generated by that surface. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the positive refractive power of the second group GP2 becomes weak, increasing the amount of movement required of the second group GP2 during focusing, which undesirably leads to an increase in the size of the entire system.
なお、収差補正の観点で、条件式(4)の下限値を1.8にした下記条件式(4A)を満足することが、より好ましい。
1.8<R2GF/fw<5 ……(4A)
From the viewpoint of aberration correction, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (4A) in which the lower limit of conditional expression (4) is set to 1.8.
1.8<R2GF/fw<5...(4A)
また、全系の小型化の観点で、条件式(4)の上限値を3.0にした下記条件式(4A)を満足することが、より好ましい。
1.5<R2GF/fw<3.0 ……(4B)
Furthermore, from the viewpoint of miniaturization of the entire system, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (4A) in which the upper limit of conditional expression (4) is set to 3.0.
1.5<R2GF/fw<3.0...(4B)
また、一実施の形態に係るズームレンズは、第2群GP2が、最も物体側に、以下の条件式(5)を満足するレンズを有することが望ましい。
Nd2G>1.8 ……(5)
ただし、
Nd2G:第2群GP2の最も物体側のレンズのd線に対する屈折率
とする。
In a zoom lens according to an embodiment, it is desirable that the second group GP2 has, at the most object side, a lens that satisfies the following conditional expression (5).
Nd2G>1.8...(5)
however,
Nd2G: the refractive index for the d-line of the lens closest to the object in the second group GP2.
条件式(5)の下限値を下回る場合、第2群GP2の各面の曲率半径が小さくなりすぎ、第2群GP2で発生する球面収差、およびコマ収差の補正が困難になる。条件式(5)の上限値を上回る場合、ガラスの比重が重くなりすぎ、第2群GP2をフォーカスレンズ群とした場合に、フォーカシング時に第2群GP2を駆動するアクチュエータへの負荷が大きくなり好ましくない。 Below the lower limit of conditional expression (5), the radius of curvature of each surface of the second group GP2 becomes too small, making it difficult to correct the spherical aberration and coma that occur in the second group GP2. Above the upper limit of conditional expression (5), the specific gravity of the glass becomes too heavy, and if the second group GP2 is used as a focus lens group, the load on the actuator that drives the second group GP2 during focusing becomes undesirably large.
また、一実施の形態に係るズームレンズにおいて、中間群GPmにおいて最も像面側に配置されたレンズ群は、正の屈折力を有し、望遠端において物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、像面側へ移動することが望ましい。また、中間群GPmにおいて最も像面側に配置されたレンズ群は、フォーカシングの際に第2群GP2とともに像面側へ移動することが望ましい。中間群GPmにおいて最も像面側に配置されたレンズ群が第2群GP2とともにフォーカシング時に移動することで、望遠端において第2群GP2が駆動した際に発生するコマ収差を打ち消し、物体距離が無限遠から近距離においてコマ収差を良好に補正することが可能になる。 In addition, in a zoom lens according to one embodiment, it is desirable that the lens group in the intermediate group GPm located closest to the image plane has positive refractive power and moves toward the image plane when focusing at the telephoto end, where the object distance is from infinity to a close distance. It is also desirable that the lens group in the intermediate group GPm located closest to the image plane moves toward the image plane together with the second group GP2 during focusing. By having the lens group in the intermediate group GPm located closest to the image plane move together with the second group GP2 during focusing, it is possible to cancel out coma aberration that occurs when the second group GP2 is moved at the telephoto end, and to effectively correct coma aberration when the object distance is from infinity to a close distance.
(さらに望ましい構成)
一実施の形態に係るズームレンズは、さらに以下のような構成にすることが望ましい。
(More desirable configuration)
It is desirable that the zoom lens according to the embodiment be further configured as follows.
第1群GP1の最も物体側には、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズが配置されることが、歪曲収差を補正しつつ広角化する上で望ましい。さらに、上記負のメニスカスレンズは、非球面レンズとすることで歪曲収差の補正効果が高くなりより望ましい。 In order to correct distortion and achieve a wide angle, it is desirable to place a negative meniscus lens with its concave surface facing the object side closest to the object in the first group GP1. Furthermore, it is even more desirable for this negative meniscus lens to be an aspherical lens, as this will enhance the effect of correcting distortion.
第1群GP1は物体側より少なくとも2枚の負のメニスカスレンズが連続して配置されることが、軸外の歪曲収差、および非点収差の発生を抑える上で望ましい。 It is desirable for the first group GP1 to have at least two negative meniscus lenses arranged consecutively from the object side in order to suppress the occurrence of off-axis distortion and astigmatism.
第1群GP1には、アッベ数が80以上の負のレンズを少なくとも1枚配置することが、倍率色収差の補正を適切に補正することができ望ましい。 It is desirable to place at least one negative lens with an Abbe number of 80 or more in the first group GP1, as this will enable appropriate correction of lateral chromatic aberration.
フォーカシングに際しては、第2群GP2と中間群GPmの全体もしくは一部を異なる移動比で移動させることでフォーカシング時の像面湾曲やコマ収差の変動を抑制でき、望ましい。フォーカシング時の駆動アクチュエータを簡素化する目的で、第2群GP2、もしくは中間群GPmの全体もしくは一部のうち1か所のみでフォーカシングを行ってもよい。During focusing, it is desirable to move all or part of the second group GP2 and the intermediate group GPm at different movement ratios, as this can suppress fluctuations in field curvature and coma during focusing. To simplify the drive actuator during focusing, focusing may be performed at only one location of the second group GP2 or all or part of the intermediate group GPm.
<3.撮像装置への適用例>
次に、本開示の一実施の形態に係るズームレンズの具体的な撮像装置への適用例を説明する。
3. Application example to imaging device
Next, a specific example of application of the zoom lens according to an embodiment of the present disclosure to an imaging device will be described.
図21は、一実施の形態に係るズームレンズを適用した撮像装置100の一構成例を示している。この撮像装置100は、例えばデジタルスチルカメラであり、カメラブロック10と、カメラ信号処理部20と、画像処理部30と、LCD(Liquid Crystal Display)40と、R/W(リーダ/ライタ)50と、CPU(Central Processing Unit)60と、入力部70と、レンズ駆動制御部80とを備えている。 Figure 21 shows an example configuration of an imaging device 100 that employs a zoom lens according to one embodiment. This imaging device 100 is, for example, a digital still camera, and includes a camera block 10, a camera signal processing unit 20, an image processing unit 30, an LCD (Liquid Crystal Display) 40, an R/W (Reader/Writer) 50, a CPU (Central Processing Unit) 60, an input unit 70, and a lens drive control unit 80.
カメラブロック10は、撮像機能を担うものであり、撮像レンズ11を含むズームレンズと、CCD(Charge Coupled Devices)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子12とを有している。撮像素子12は、撮像レンズ11によって形成された光学像を電気信号へ変換することで、光学像に応じた撮像信号(画像信号)を出力するようになっている。撮像レンズ11として、図1、図6、図11、図16に示した各構成例に係るズームレンズ1~4を適用可能である。 The camera block 10 is responsible for the imaging function and has a zoom lens including an imaging lens 11, and an imaging element 12 such as a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). The imaging element 12 converts the optical image formed by the imaging lens 11 into an electrical signal, and outputs an imaging signal (image signal) corresponding to the optical image. Zoom lenses 1 to 4 according to the configuration examples shown in Figures 1, 6, 11, and 16 can be used as the imaging lens 11.
カメラ信号処理部20は、撮像素子12から出力された画像信号に対してアナログ-デジタル変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行うものである。 The camera signal processing unit 20 performs various signal processing on the image signal output from the image sensor 12, such as analog-to-digital conversion, noise removal, image quality correction, and conversion to brightness and color difference signals.
画像処理部30は、画像信号の記録再生処理を行うものであり、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデータ仕様の変換処理等を行うようになっている。 The image processing unit 30 performs recording and playback processing of image signals, and is configured to perform compression encoding/decompression decoding processing of image signals based on a predetermined image data format, as well as conversion processing of data specifications such as resolution.
LCD40は、ユーザの入力部70に対する操作状態や撮影した画像等の各種のデータを表示する機能を有している。R/W50は、画像処理部30によって符号化された画像データのメモリカード1000への書き込み、およびメモリーカード1000に記録された画像データの読み出しを行うものである。メモリカード1000は、例えば、R/W50に接続されたスロットに対して着脱可能な半導体メモリーである。 The LCD 40 has the function of displaying various data such as the user's operation status on the input unit 70 and captured images. The R/W 50 writes image data encoded by the image processing unit 30 to the memory card 1000 and reads image data recorded on the memory card 1000. The memory card 1000 is, for example, a semiconductor memory that can be inserted into and removed from a slot connected to the R/W 50.
CPU60は、撮像装置100に設けられた各回路ブロックを制御する制御処理部として機能するものであり、入力部70からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御するようになっている。入力部70は、ユーザによって所要の操作が行われる各種のスイッチ等からなる。入力部70は例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等によって構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をCPU60に対して出力するようになっている。レンズ駆動制御部80は、カメラブロック10に配置されたレンズの駆動を制御するものであり、CPU60からの制御信号に基づいて撮像レンズ11の各レンズを駆動する図示しないモータ等を制御するようになっている。 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 instruction input signals and the like from the input unit 70. The input unit 70 consists of various switches and the like that are operated as required by the user. The input unit 70 is composed of, for example, a shutter release button for operating the shutter and a selection switch for selecting an operating mode, and is configured to output instruction input signals to the CPU 60 in response to user operations. The lens drive control unit 80 controls the drive of the lenses arranged in the camera block 10, and is configured to control motors and the like (not shown) that drive each lens of the imaging lens 11 based on control signals from the CPU 60.
以下に、撮像装置100における動作を説明する。
撮影の待機状態では、CPU60による制御の下で、カメラブロック10において撮影された画像信号が、カメラ信号処理部20を介してLCD40に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、例えば入力部70からのズーミングやフォーカシングのための指示入力信号が入力されると、CPU60がレンズ駆動制御部80に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部80の制御に基づいて撮像レンズ11の所定のレンズが移動する。
The operation of the imaging device 100 will be described below.
In a standby state for photographing, under the control of the CPU 60, an image signal photographed by the camera block 10 is output to the LCD 40 via the camera signal processing unit 20 and displayed as a camera-through image. Furthermore, when an instruction input signal for zooming or focusing is input from the input unit 70, the CPU 60 outputs a control signal to the lens drive control unit 80, and a predetermined lens of the imaging lens 11 moves under the control of the lens drive control unit 80.
入力部70からの指示入力信号によりカメラブロック10の図示しないシャッタが動作されると、撮影された画像信号がカメラ信号処理部20から画像処理部30に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはR/W50に出力され、メモリカード1000に書き込まれる。 When the shutter (not shown) of the camera block 10 is operated by an instruction input signal from the input unit 70, the captured image signal is output from the camera signal processing unit 20 to the image processing unit 30, where it is compressed and encoded and converted into digital data in a specified data format. The converted data is output to the R/W 50 and written to the memory card 1000.
なお、フォーカシングは、例えば、入力部70のシャッタレリーズボタンが半押しされた場合や記録(撮影)のために全押しされた場合等に、CPU60からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部80が撮像レンズ11の所定のレンズを移動させることにより行われる。 Focusing is performed, for example, when the shutter release button on the input unit 70 is half-pressed or fully pressed for recording (photographing), by the lens drive control unit 80 moving a specified lens of the imaging lens 11 based on a control signal from the CPU 60.
メモリカード1000に記録された画像データを再生する場合には、入力部70に対する操作に応じて、R/W50によってメモリカード1000から所定の画像データが読み出され、画像処理部30によって伸張復号化処理が行われた後、再生画像信号がLCD40に出力されて再生画像が表示される。 When playing back image data recorded on memory card 1000, the R/W 50 reads out the specified image data from memory card 1000 in response to an operation on the input unit 70, and the image processing unit 30 performs an expansion/decoding process.The played-back image signal is then output to the LCD 40, and the played-back image is displayed.
なお、上記した実施の形態においては、撮像装置をデジタルスチルカメラ等に適用した例を示したが、撮像装置の適用範囲はデジタルスチルカメラに限られることはなく、他の種々の撮像装置に適用可能である。例えば、デジタル一眼レフカメラ、デジタルノンレフレックスカメラ、デジタルビデオカメラ、および監視カメラ等に適用することができる。また、カメラが組み込まれた携帯電話や、カメラが組み込まれた情報端末等のデジタル入出力機器のカメラ部等として広く適用することができる。また、レンズ交換式のカメラにも適用することができる。 In the above-described embodiment, an example was shown in which the imaging device was applied to a digital still camera, etc., but the application range of the imaging device is not limited to digital still cameras and can be applied to various other imaging devices. For example, it can be applied to digital single-lens reflex cameras, digital non-reflex cameras, digital video cameras, surveillance cameras, etc. It can also be widely used as the camera section of digital input/output devices such as mobile phones with built-in cameras and information terminals with built-in cameras. It can also be applied to cameras with interchangeable lenses.
<4.レンズの数値実施例>
次に、本開示の一実施の形態に係るズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。ここでは、図1、図6、図11、および図16に示した各構成例に係るズームレンズ1~4に、具体的な数値を適用した実施例を説明する。
<4. Numerical examples of lenses>
Next, specific numerical examples of the zoom lens according to an embodiment of the present disclosure will be described. Here, examples will be described in which specific numerical values are applied to the zoom lenses 1 to 4 according to the configuration examples shown in FIGS. 1, 6, 11, and 16.
なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「Si」は、最も物体側から順次増加するようにして符号を付したi番目の面の番号を示している。「ri」は、i番目の面の近軸の曲率半径の値(mm)を示す。「di」はi番目の面とi+1番目の面との間の光軸上の間隔の値(mm)を示す。「ndi」はi番目の面を有する光学要素の材質のd線(波長587.6nm)に対する屈折率の値を示す。「νdi」はi番目の面を有する光学要素の材質のd線におけるアッベ数の値を示す。「φi」はi番目の面の有効径の値(mm)を示す。「ri」の値が「∞」となっている部分は平面、または絞り面等を示す。面番号(Si)の欄の「ASP」は、当該面が非球面形状で構成されていることを示す。面番号の欄の「STO」は該当位置に開口絞り(主絞り)STOが配置されていることを示す。面番号の欄の「FC1」は該当位置に第1フレアカッター(第1副絞り)FC1が配置されていることを示す。面番号の欄の「FC2」は該当位置に第2フレアカッター(第2副絞り)FC2が配置されていることを示す。面番号の欄の「OBJ」は、当該面が物体面であることを示す。面番号の欄の「IMG」は、当該面が像面であることを示す。「f」は全系の焦点距離を示す(単位:mm)。「Fno」は開放F値(Fナンバー)を示す。「ω」は全画角を示す(単位:°)。「Y」は像高を示す(単位:mm)。「L」は光学全長(最も物体側の面から像面IMGまでの光軸上の距離)を示す(単位:mm)。The meanings of the symbols used in the tables and explanations below are as follows: "Si" indicates the number of the i-th surface, with the numbers increasing from the object-side. "ri" indicates the paraxial radius of curvature (mm) of the i-th surface. "di" indicates the axial distance (mm) between the i-th surface and the (i+1)-th surface. "ndi" indicates the refractive index at the d-line (wavelength 587.6 nm) of the material of the optical element that makes up the i-th surface. "νdi" indicates the Abbe number at the d-line of the material of the optical element that makes up the i-th surface. "φi" indicates the effective diameter (mm) of the i-th surface. A portion where the "ri" value is "∞" indicates a flat surface, an aperture surface, etc. "ASP" in the surface number (Si) column indicates that the surface is aspherical. "STO" in the surface number column indicates that an aperture stop (primary aperture stop) STO is located at the corresponding position. "FC1" in the surface number column indicates that a first flare cutter (first secondary aperture) FC1 is located at the corresponding position. "FC2" in the surface number column indicates that a second flare cutter (second secondary aperture) FC2 is located at the corresponding position. "OBJ" in the surface number column indicates that the corresponding surface is the object surface. "IMG" in the surface number column indicates that the corresponding surface is the image surface. "f" indicates the focal length of the entire system (unit: mm). "Fno" indicates the maximum aperture F-number. "ω" indicates the total angle of view (unit: °). "Y" indicates the image height (unit: mm). "L" indicates the total optical length (the distance on the optical axis from the surface closest to the object to the image surface IMG) (unit: mm).
また、各実施例において用いられるレンズには、レンズ面が非球面によって構成されるものがある。非球面形状は、以下の式によって定義される。なお、後述する非球面係数を示す各表において、「E-i」は10を底とする指数表現、すなわち、「10-i」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10-5」を表している。 Furthermore, some of the lenses used in each embodiment have aspherical lens surfaces. The aspherical shape is defined by the following formula. In the tables showing aspherical coefficients described below, "E-i" represents an exponential expression with base 10, i.e., "10 -i "; for example, "0.12345E-05" represents "0.12345×10 -5 ".
(非球面の式)
x=y2c2/(1+(1-(1+k)y2c2)1/2)+A4・y4+A6・y6+A8・y8+A10・y10+A12・y12+A14・y14
ここで、レンズ面の頂点から光軸方向の距離(サグ量)を「x」、光軸と垂直な方向の高さを「y」、レンズ面の頂点での近軸曲率(曲率半径の逆数)を「c」、円錐(コーニック)定数を「k」とする。A4、A6、A8、A10、A12およびA14は、それぞれ第4次、第6次、第8次、第10次、第12次および第14次の非球面係数である。
(Aspherical surface formula)
x=y 2 c 2 /(1+(1-(1+k)y 2 c 2 ) 1/2 )+A4・y 4 +A6・y 6 +A8・y 8 +A10・y 10 +A12・y 12 +A14・y 14
Here, the distance from the vertex of the lens surface in the optical axis direction (sag amount) is "x," the height in the direction perpendicular to the optical axis is "y," the paraxial curvature (the reciprocal of the radius of curvature) at the vertex of the lens surface is "c," and the conic constant is "k." A4, A6, A8, A10, A12, and A14 are the 4th-, 6th-, 8th-, 10th-, 12th-, and 14th-order aspheric coefficients, respectively.
[各実施例に共通の構成]
以下の実施例1~4が適用されるズームレンズ1~4はいずれも、上記した<1.レンズの基本構成>を満足した構成となっている。
[Configuration common to each embodiment]
Zoom lenses 1 to 4 to which the following Examples 1 to 4 are applied all have a configuration that satisfies the above-mentioned <1. Basic lens configuration>.
すなわち、ズームレンズ1~4はいずれも、物体側から像面側に向かって順に、物体側から像面側に向かって順に、第1群GP1と、第2群GP2と、中間群GPmと、最終群GPrとから構成されている。 That is, each of the zoom lenses 1 to 4 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a first group GP1, a second group GP2, an intermediate group GPm, and a final group GPr.
第1群GP1は、全体として負の屈折力を有している。第2群GP2は、全体として正の屈折力を有している。中間群GPmは、1または複数のレンズ群を有する。 The first group GP1 has negative refractive power overall. The second group GP2 has positive refractive power overall. The intermediate group GPm has one or more lens groups.
最終群GPrは、3つ以上のレンズ成分を有し、全体として負の屈折力を有する。最終群GPrは、3つ以上のレンズ成分として、第1レンズ成分Laと、第2レンズ成分Lbと、第3レンズ成分Lcとを有している。第1レンズ成分Laは、負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置されている。第2レンズ成分Lbは、負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置されている。第3レンズ成分Lcは、正の屈折力を有し、最も像面側に配置されている。 The final group GPr has three or more lens components and has negative refractive power overall. The final group GPr has three or more lens components: a first lens component La, a second lens component Lb, and a third lens component Lc. The first lens component La has negative refractive power and is located third from the image side. The second lens component Lb has negative refractive power and is located second from the image side. The third lens component Lc has positive refractive power and is located closest to the image side.
ズームレンズ1~4はいずれも、広角端から望遠端へとズーミングする際に、各群は、光軸Z1に沿って、隣り合う群同士の間隔が変化するように移動する。 When zooming from the wide-angle end to the telephoto end in any of zoom lenses 1 to 4, each group moves along the optical axis Z1 so that the distance between adjacent groups changes.
[実施例1]
[表1]に、図1に示した実施例1に係るズームレンズ1の基本的なレンズデータを示す。[表2]には、実施例1に係るズームレンズ1の各群の始面と焦点距離(単位:mm)とを示す。[表3]には、実施例1に係るズームレンズ1における全系の焦点距離f、F値、全画角ω、像高Y、および光学全長Lの値を示す。なお、[表3]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについての無限遠合焦時における値を示す。[表4]には、実施例1に係るズームレンズ1においてズーミングの際に可変となる面間隔のデータと、ズーミングの際に可変となる有効径のデータとを示す。なお、[表4]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについて、物体距離(d0)が無限遠の場合と近距離の場合とにおける値を示す。[表5]には、実施例1に係るズームレンズ1における、非球面の形状を表す係数の値を示す。
[Example 1]
Table 1 shows basic lens data for the zoom lens 1 according to Example 1 shown in FIG. 1 . Table 2 shows the initial surface and focal length (unit: mm) of each lens group in the zoom lens 1 according to Example 1. Table 3 shows the focal length f, F-number, total angle of view ω, image height Y, and total optical length L of the entire system of the zoom lens 1 according to Example 1. Table 3 also shows values for infinity focusing at the wide-angle end (Wide), intermediate focal length (Mid), and telephoto end (Tele). Table 4 also shows data on surface spacings that change during zooming in the zoom lens 1 according to Example 1 and data on effective diameters that change during zooming. Table 4 also shows values for the wide-angle end (Wide), intermediate focal length (Mid), and telephoto end (Tele) when the object distance (d0) is infinity and when the object distance is close. Table 5 shows the values of the coefficients representing the shape of the aspherical surface in the zoom lens 1 according to Example 1.
実施例1に係るズームレンズ1は、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第1群GP1と、正の屈折力を有する第2群GP2と、正の屈折力を有する第3群GP3と、正の屈折力を有する第4群GP4と、負の屈折力を有する第5群GP5とから構成される。実施例1に係るズームレンズ1において、第3群GP3と第4群GP4は、中間群GPmを構成する。第5群GP5は、最終群GPrを構成する。 The zoom lens 1 of Example 1 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a first group GP1 having negative refractive power, a second group GP2 having positive refractive power, a third group GP3 having positive refractive power, a fourth group GP4 having positive refractive power, and a fifth group GP5 having negative refractive power. In the zoom lens 1 of Example 1, the third group GP3 and the fourth group GP4 form the middle group GPm. The fifth group GP5 forms the final group GPr.
第1群GP1は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL11~レンズL15で構成されている。レンズL11~レンズL15はそれぞれ、単レンズとなっている。レンズL11~レンズL13はそれぞれ、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズL14は両凹形状の負レンズとなっている。レンズL15は物体側に凸面を向けた正レンズとなっている。最も物体側の2枚のレンズL11およびレンズL12はそれぞれ、両面に非球面が形成されている。 The first group GP1 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lenses L11 to L15. Lenses L11 to L15 are each single lenses. Lenses L11 to L13 are each negative meniscus lenses with their convex surfaces facing the object side. Lens L14 is a negative biconcave lens. Lens L15 is a positive lens with its convex surface facing the object side. The two lenses closest to the object, L11 and L12, each have aspherical surfaces formed on both sides.
第2群GP2は、物体側から像面側に向かって順に、第1フレアカッターFC1と、レンズL21と、レンズL22とで構成されている。レンズL21は負レンズ、レンズL22は正レンズとなっている。レンズL21とレンズL22は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた1つのレンズ成分を構成している。第1フレアカッターFC1は、望遠端に対して広角端側で光学開口径を小さくすることで、広角端側での画面周辺部のフレア成分を効果的にカットすることを可能にしている。 The second group GP2 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a first flare cutter FC1, lens L21, and lens L22. Lens L21 is a negative lens, and lens L22 is a positive lens. Lenses L21 and L22 constitute a single lens component consisting of a negative lens and a positive lens cemented together, in order from the object side to the image plane side. The first flare cutter FC1 makes the optical aperture diameter smaller at the wide-angle end compared to the telephoto end, making it possible to effectively cut flare components around the periphery of the image at the wide-angle end.
第3群GP3は、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りSTOと、レンズL31と、レンズL32とで構成されている。開口絞りSTOは、F値を決定する絞り部材である。レンズL31は、負の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL32は、正の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL32には両面に非球面が形成されている。 The third group GP3 is composed of, in order from the object side to the image plane side, an aperture stop STO, lens L31, and lens L32. The aperture stop STO is a stop member that determines the F-number. Lens L31 is a single lens with negative refractive power. Lens L32 is a single lens with positive refractive power. Lens L32 has aspherical surfaces on both sides.
第4群GP4は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL41と、レンズL42とで構成されている。レンズL41は負レンズ、レンズL42は正レンズとなっている。レンズL41とレンズL42は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた1つのレンズ成分を構成している。 The fourth group GP4 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lens L41 and lens L42. Lens L41 is a negative lens and lens L42 is a positive lens. Lenses L41 and L42 constitute a single lens component composed of a negative lens and a positive lens cemented together in order from the object side to the image plane side.
第5群GP5は、物体側から像面側に向かって順に、第2フレアカッターFC2と、レンズL51~レンズL56とで構成されている。レンズL51は正レンズ、レンズL52は負レンズとなっている。レンズL51とレンズL52は、物体側から像面側に向かって順に正レンズと負レンズとを貼り合わせた、負の屈折力を有する1つのレンズ成分を構成している。レンズL53は、正の屈折力を有する単レンズとなっている。第2フレアカッターFC2は、望遠端に対して広角端側で光学開口径を小さくすることで、広角端側での画面周辺部のフレア成分を効果的にカットすることを可能にしている。 The fifth group GP5 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a second flare cutter FC2 and lenses L51 to L56. Lens L51 is a positive lens, and lens L52 is a negative lens. Lenses L51 and L52, in order from the object side to the image plane side, consist of a positive lens and a negative lens cemented together to form a single lens component with negative refractive power. Lens L53 is a single lens with positive refractive power. The second flare cutter FC2 makes the optical aperture diameter smaller at the wide-angle end compared to the telephoto end, making it possible to effectively cut flare components around the periphery of the image at the wide-angle end.
レンズL54は、負の屈折力を有する両凹形状の単レンズとなっている。レンズL54は、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分Laを構成している。レンズL55は、負の屈折力を有する両凹形状の単レンズとなっている。レンズL55は、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分Lbを構成している。レンズL56は、正の屈折力を有する両凸形状の単レンズとなっている。レンズL56は、最も像面側に配置された第3レンズ成分Lcを構成している。第2レンズ成分LbとしてのレンズL55の両面には非球面が形成されている。第2レンズ成分LbとしてのレンズL55の物体側の面に付与された非球面形状は、近軸球面形状に対してレンズ周辺部において物体側方向へのサグ量が増加するように付加されている。 Lens L54 is a biconcave single lens with negative refractive power. Lens L54 constitutes the first lens component La, which is located third from the image side. Lens L55 is a biconcave single lens with negative refractive power. Lens L55 constitutes the second lens component Lb, which is located second from the image side. Lens L56 is a biconvex single lens with positive refractive power. Lens L56 constitutes the third lens component Lc, which is located closest to the image side. Aspheric surfaces are formed on both sides of lens L55, which serves as the second lens component Lb. The aspheric shape imparted to the object-side surface of lens L55, which serves as the second lens component Lb, is added so that the amount of sag toward the object side is increased at the periphery of the lens relative to the paraxial spherical shape.
実施例1に係るズームレンズ1は、広角端から望遠端へとズーミングする際に、第1群GP1は像面側へ、第2群GP2~第5群GP5は物体側へ移動する。この際、第2群GP2と第3群GP3との間隔、第3群GP3と第4群GP4との間隔は望遠端側で小さくなり、第4群GP4と第5群GP5との間隔は望遠端側で広くなる。 When zooming from the wide-angle end to the telephoto end in the zoom lens 1 of Example 1, the first group GP1 moves toward the image plane, and the second group GP2 to the fifth group GP5 move toward the object. At this time, the distance between the second group GP2 and the third group GP3 and the distance between the third group GP3 and the fourth group GP4 become smaller at the telephoto end, and the distance between the fourth group GP4 and the fifth group GP5 become larger at the telephoto end.
フォーカシングに際しては、第2群GP2と第4群GP4とが稼働群とされている。物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際には、第2群GP2と第4群GP4とがそれぞれ、像面側に移動する。なお、フォーカシングに際して、第2群GP2と第4群GP4とのいずれか一方のみを稼働群としてもよい。例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、第2群GP2のみを像面側に移動してもよい。または、例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、第4群GP4のみを物体側に移動してもよい。 When focusing, the second group GP2 and the fourth group GP4 are movable groups. When focusing from infinity to a close object distance, the second group GP2 and the fourth group GP4 each move toward the image plane. Note that only one of the second group GP2 and the fourth group GP4 may be movable groups when focusing. For example, when focusing from infinity to a close object distance, only the second group GP2 may move toward the image plane. Alternatively, for example, when focusing from infinity to a close object distance, only the fourth group GP4 may move toward the object.
開口絞りStは、第3群GP3と第4群GP4との間に配置されている。開口絞りStは、広角端から望遠端へとズーミングする際に、第3群GP3と共に物体側に移動する。 Aperture diaphragm St is located between the third and fourth lens groups GP3 and GP4. When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, aperture diaphragm St moves toward the object side together with the third lens group GP3.
以上の構成により、実施例1に係るズームレンズ1は、光学全長が短く、開放F値の明るい超広角ズームレンズを実現している。 With the above configuration, the zoom lens 1 of Example 1 realizes an ultra-wide-angle zoom lens with a short overall optical length and a bright maximum F-number.
図2には、実施例1に係るズームレンズ1の広角端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図3には、実施例1に係るズームレンズ1の望遠端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図4には、実施例1に係るズームレンズ1の広角端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。図5には、実施例1に係るズームレンズ1の望遠端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。図2ないし図5には、諸収差として、球面収差、非点収差(像面湾曲)、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差図において、実線はd線(587.56nm)、破線はg線(435.84nm)、一点鎖線はC線(656.27nm)における値を示す。非点収差図において、Sはサジタル像面、Mはメリディオナル像面における値を示す。歪曲収差図には、d線における値を示す。倍率色収差図には、g線の倍率色収差量を示す。以降の他の実施例における収差図についても同様である。 Figure 2 shows various aberrations of the zoom lens 1 of Example 1 at the wide-angle end and when focused at infinity. Figure 3 shows various aberrations of the zoom lens 1 of Example 1 at the telephoto end and when focused at infinity. Figure 4 shows various aberrations of the zoom lens 1 of Example 1 at the wide-angle end and when focused at a close distance. Figure 5 shows various aberrations of the zoom lens 1 of Example 1 at the telephoto end and when focused at a close distance. Figures 2 to 5 show various aberrations, including spherical aberration, astigmatism (curvature of field), distortion, and lateral chromatic aberration. In the spherical aberration diagram, the solid line indicates values at the d-line (587.56 nm), the dashed line indicates values at the g-line (435.84 nm), and the dashed-dotted line indicates values at the C-line (656.27 nm). In the astigmatism diagram, S indicates values at the sagittal image plane, and M indicates values at the meridional image plane. In the distortion diagram, values at the d-line are shown. The lateral chromatic aberration diagram shows the amount of lateral chromatic aberration for the g-line, and the same applies to the aberration diagrams for the other examples that follow.
各収差図から分かるように、実施例1に係るズームレンズ1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。 As can be seen from each aberration diagram, the zoom lens 1 of Example 1 has excellent correction of various aberrations and has excellent imaging performance.
[実施例2]
[表6]に、図6に示した実施例2に係るズームレンズ2の基本的なレンズデータを示す。[表7]には、実施例2に係るズームレンズ2の各群の始面と焦点距離(単位:mm)とを示す。[表8]には、実施例2に係るズームレンズ2における全系の焦点距離f、F値、全画角ω、像高Y、および光学全長Lの値を示す。なお、[表8]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについての無限遠合焦時における値を示す。[表9]には、実施例2に係るズームレンズ2においてズーミングの際に可変となる面間隔のデータと、ズーミングの際に可変となる有効径のデータとを示す。なお、[表9]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについて、物体距離(d0)が無限遠の場合と近距離の場合とにおける値を示す。[表10]には、実施例2に係るズームレンズ2における、非球面の形状を表す係数の値を示す。
[Example 2]
Table 6 shows basic lens data for the zoom lens 2 according to Example 2 shown in FIG. 6 . Table 7 shows the initial surface and focal length (unit: mm) of each lens group in the zoom lens 2 according to Example 2. Table 8 shows the focal length f, F-number, total angle of view ω, image height Y, and total optical length L of the entire system of the zoom lens 2 according to Example 2. Table 8 also shows values for infinity focusing at the wide-angle end (Wide), intermediate focal length (Mid), and telephoto end (Tele). Table 9 also shows data on the surface spacing that changes during zooming in the zoom lens 2 according to Example 2, and data on the effective diameter that changes during zooming. Table 9 also shows values for the wide-angle end (Wide), intermediate focal length (Mid), and telephoto end (Tele) when the object distance (d0) is infinity and when it is close. Table 10 shows the values of the coefficients representing the shape of the aspherical surface in the zoom lens 2 according to Example 2.
実施例2に係るズームレンズ2は、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第1群GP1と、第1フレアカッターFC1と、正の屈折力を有する第2群GP2と、正の屈折力を有する第3群GP3と、正の屈折力を有する第4群GP4と、負の屈折力を有する第5群GP5とから構成される。実施例2に係るズームレンズ2において、第3群GP3と第4群GP4は、中間群GPmを構成する。第5群GP5は、最終群GPrを構成する。 The zoom lens 2 of Example 2 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a first group GP1 having negative refractive power, a first flare cutter FC1, a second group GP2 having positive refractive power, a third group GP3 having positive refractive power, a fourth group GP4 having positive refractive power, and a fifth group GP5 having negative refractive power. In the zoom lens 2 of Example 2, the third group GP3 and the fourth group GP4 constitute the middle group GPm. The fifth group GP5 constitutes the final group GPr.
第1群GP1は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL11~レンズL15で構成されている。レンズL11~レンズL15はそれぞれ、単レンズとなっている。レンズL11、およびレンズL12はそれぞれ、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズL13、およびレンズL14はそれぞれ、両凹形状の負レンズとなっている。レンズL15は両凸形状の正レンズとなっている。最も物体側の2枚のレンズL11およびレンズL12はそれぞれ、両面に非球面が形成されている。 The first group GP1 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lenses L11 to L15. Lenses L11 to L15 are each a single lens. Lenses L11 and L12 are each a negative meniscus lens with a convex surface facing the object side. Lenses L13 and L14 are each a negative lens with a biconcave shape. Lens L15 is a positive lens with a biconvex shape. The two lenses closest to the object, L11 and L12, each have aspherical surfaces formed on both sides.
第1群GP1と第2群GP2との間には第1フレアカッターFC1が配置され、広角端から望遠端へとズーミングする際には、第1フレアカッターFC1が第2群GP2に近づくように移動する。第1フレアカッターFC1は、広角端において第2群GP2から離れた配置にすることで、広角端での画面周辺部のフレア成分を効果的にカットすることを可能にしている。 A first flare cutter FC1 is positioned between the first lens group GP1 and the second lens group GP2, and when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first flare cutter FC1 moves closer to the second lens group GP2. By positioning the first flare cutter FC1 away from the second lens group GP2 at the wide-angle end, it is possible to effectively cut flare components around the periphery of the image at the wide-angle end.
第2群GP2は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL21と、レンズL22とで構成されている。レンズL21は負レンズ、レンズL22は正レンズとなっている。レンズL21とレンズL22は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた1つのレンズ成分を構成している。 The second group GP2 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lens L21 and lens L22. Lens L21 is a negative lens and lens L22 is a positive lens. Lenses L21 and L22 constitute a single lens component composed of a negative lens and a positive lens cemented together in order from the object side to the image plane side.
第3群GP3は、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りSTOと、レンズL31と、レンズL32とで構成されている。開口絞りSTOは、F値を決定する絞り部材である。レンズL31は、負の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL32は、正の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL32には両面に非球面が形成されている。 The third group GP3 is composed of, in order from the object side to the image plane side, an aperture stop STO, lens L31, and lens L32. The aperture stop STO is a stop member that determines the F-number. Lens L31 is a single lens with negative refractive power. Lens L32 is a single lens with positive refractive power. Lens L32 has aspherical surfaces on both sides.
第4群GP4は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL41と、レンズL42とで構成されている。レンズL41は負レンズ、レンズL42は正レンズとなっている。レンズL41とレンズL42は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた1つのレンズ成分を構成している。 The fourth group GP4 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lens L41 and lens L42. Lens L41 is a negative lens and lens L42 is a positive lens. Lenses L41 and L42 constitute a single lens component composed of a negative lens and a positive lens cemented together in order from the object side to the image plane side.
第5群GP5は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL51~レンズL56で構成されている。レンズL51は正レンズ、レンズL52は負レンズとなっている。レンズL51とレンズL52は、物体側から像面側に向かって順に正レンズと負レンズとを貼り合わせた、負の屈折力を有する1つのレンズ成分を構成している。レンズL53は、正の屈折力を有する単レンズとなっている。 The fifth group GP5 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lenses L51 to L56. Lens L51 is a positive lens, and lens L52 is a negative lens. Lenses L51 and L52, in order from the object side to the image plane side, are cemented together to form a single lens component with negative refractive power. Lens L53 is a single lens with positive refractive power.
レンズL54は、負の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL54は物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズL54は、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分Laを構成している。レンズL55は、負の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL55は、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズL55は、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分Lbを構成している。レンズL56は、正の屈折力を有する両凸形状の単レンズとなっている。レンズL56は、最も像面側に配置された第3レンズ成分Lcを構成している。第2レンズ成分LbとしてのレンズL55の両面には非球面が形成されている。第2レンズ成分LbとしてのレンズL55の物体側の面に付与された非球面形状は、近軸球面形状に対してレンズ周辺部において物体側方向へのサグ量が増加するように付加されている。 Lens L54 is a single lens with negative refractive power. Lens L54 is a negative meniscus lens with its concave surface facing the object side. Lens L54 constitutes the first lens component La, which is located third from the image side. Lens L55 is a single lens with negative refractive power. Lens L55 is a negative meniscus lens with its concave surface facing the object side. Lens L55 constitutes the second lens component Lb, which is located second from the image side. Lens L56 is a biconvex single lens with positive refractive power. Lens L56 constitutes the third lens component Lc, which is located closest to the image side. Both surfaces of lens L55, which serves as the second lens component Lb, are aspherical. The aspherical shape imparted to the object-side surface of lens L55, which serves as the second lens component Lb, is added so that the amount of sag toward the object side is increased at the lens periphery relative to the paraxial spherical shape.
実施例2に係るズームレンズ2は、広角端から望遠端へとズーミングする際に、第1群GP1は像面側へ、第1フレアカッターFC1と第2群GP2~第5群GP5は物体側へ移動する。この際、第3群GP3と第5群GP5は広角端から望遠端へとズーミングする際に間隔を変化させずに一体で移動し、第2群GP2と第4群GP4は第3群GP3に近づくように移動する。 When zooming from the wide-angle end to the telephoto end in the zoom lens 2 of Example 2, the first group GP1 moves toward the image plane, and the first flare cutter FC1 and the second group GP2 to the fifth group GP5 move toward the object. At this time, the third group GP3 and the fifth group GP5 move together without changing the distance between them when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, and the second group GP2 and the fourth group GP4 move closer to the third group GP3.
フォーカシングに際しては、第2群GP2と第4群GP4とが稼働群とされている。物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際には、第2群GP2と第4群GP4とがそれぞれ、像面側に移動する。なお、フォーカシングに際して、第2群GP2と第4群GP4とのいずれか一方のみを稼働群としてもよい。例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、第2群GP2のみを像面側に移動してもよい。または、例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、第4群GP4のみを物体側に移動してもよい。 When focusing, the second group GP2 and the fourth group GP4 are movable groups. When focusing from infinity to a close object distance, the second group GP2 and the fourth group GP4 each move toward the image plane. Note that only one of the second group GP2 and the fourth group GP4 may be movable groups when focusing. For example, when focusing from infinity to a close object distance, only the second group GP2 may move toward the image plane. Alternatively, for example, when focusing from infinity to a close object distance, only the fourth group GP4 may move toward the object.
開口絞りStは、第3群GP3と第4群GP4との間に配置されている。開口絞りStは、広角端から望遠端へとズーミングする際に、第3群GP3と共に物体側に移動する。 The aperture stop St is located between the third and fourth lens groups GP3 and GP4. When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the aperture stop St moves toward the object side together with the third lens group GP3.
以上の構成により、実施例2に係るズームレンズ2は、光学全長が短く、開放F値の明るい超広角ズームレンズを実現している。 With the above configuration, the zoom lens 2 of Example 2 realizes an ultra-wide-angle zoom lens with a short overall optical length and a bright maximum F-number.
図7には、実施例2に係るズームレンズ2の広角端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図8には、実施例2に係るズームレンズ2の望遠端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図9には、実施例2に係るズームレンズ2の広角端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。図10には、実施例2に係るズームレンズ2の望遠端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。 Figure 7 shows various aberrations of the zoom lens 2 according to Example 2 at the wide-angle end and when focused on infinity. Figure 8 shows various aberrations of the zoom lens 2 according to Example 2 at the telephoto end and when focused on infinity. Figure 9 shows various aberrations of the zoom lens 2 according to Example 2 at the wide-angle end and when focused on a close distance. Figure 10 shows various aberrations of the zoom lens 2 according to Example 2 at the telephoto end and when focused on a close distance.
各収差図から分かるように、実施例2に係るズームレンズ2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。 As can be seen from each aberration diagram, the zoom lens 2 of Example 2 has excellent correction of various aberrations and has excellent imaging performance.
[実施例3]
[表11]に、図11に示した実施例3に係るズームレンズ3の基本的なレンズデータを示す。[表12]には、実施例3に係るズームレンズ3の各群の始面と焦点距離(単位:mm)とを示す。[表13]には、実施例3に係るズームレンズ3における全系の焦点距離f、F値、全画角ω、像高Y、および光学全長Lの値を示す。なお、[表13]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについての無限遠合焦時における値を示す。[表14]には、実施例3に係るズームレンズ3においてズーミングの際に可変となる面間隔のデータと、ズーミングの際に可変となる有効径のデータとを示す。なお、[表14]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについて、物体距離(d0)が無限遠の場合と近距離の場合とにおける値を示す。[表15]には、実施例3に係るズームレンズ3における、非球面の形状を表す係数の値を示す。
[Example 3]
Table 11 shows basic lens data for the zoom lens 3 according to Example 3 shown in FIG. 11 . Table 12 shows the first surface and focal length (unit: mm) of each lens group in the zoom lens 3 according to Example 3. Table 13 shows the focal length f, F-number, total angle of view ω, image height Y, and total optical length L of the entire system of the zoom lens 3 according to Example 3. Table 13 also shows values for infinity focusing at the wide-angle end (Wide), intermediate focal length (Mid), and telephoto end (Tele). Table 14 shows data on surface spacings that change during zooming in the zoom lens 3 according to Example 3 and data on effective diameters that change during zooming. Table 14 also shows values for the wide-angle end (Wide), intermediate focal length (Mid), and telephoto end (Tele) when the object distance (d0) is infinity and when the object distance is close. Table 15 shows the values of the coefficients representing the shape of the aspherical surface in the zoom lens 3 according to Example 3.
実施例3に係るズームレンズ3は、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第1群GP1と、開口絞りSTOと、正の屈折力を有する第2群GP2と、負の屈折力を有する第3群GP3と、正の屈折力を有する第4群GP4と、負の屈折力を有する第5群GP5とから構成される。実施例3に係るズームレンズ3において、第3群GP3と第4群GP4は、中間群GPmを構成する。第5群GP5は、最終群GPrを構成する。 The zoom lens 3 of Example 3 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a first group GP1 having negative refractive power, an aperture stop STO, a second group GP2 having positive refractive power, a third group GP3 having negative refractive power, a fourth group GP4 having positive refractive power, and a fifth group GP5 having negative refractive power. In the zoom lens 3 of Example 3, the third group GP3 and the fourth group GP4 form the middle group GPm. The fifth group GP5 forms the final group GPr.
第1群GP1は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL11~レンズL14で構成されている。レンズL11~レンズL14はそれぞれ、単レンズとなっている。レンズL11、およびレンズL12はそれぞれ、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズL13は両凹形状の負レンズとなっている。レンズL14は両凸形状の正レンズとなっている。最も物体側の2枚のレンズL11およびレンズL12はそれぞれ、両面に非球面が形成されている。 The first group GP1 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lenses L11 to L14. Lenses L11 to L14 are each a single lens. Lenses L11 and L12 are each a negative meniscus lens with a convex surface facing the object side. Lens L13 is a negative biconcave lens. Lens L14 is a positive biconvex lens. The two lenses closest to the object, L11 and L12, each have aspherical surfaces formed on both sides.
第1群GP1と第2群GP2との間には、F値を決定する絞り部材である開口絞りSTOが配置され、広角端から望遠端へとズーミングする際には、開口絞りSTOが第2群GP2に近づくように移動する。 Between the first group GP1 and the second group GP2, an aperture stop STO, which is an aperture member that determines the F-number, is positioned, and when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the aperture stop STO moves closer to the second group GP2.
第2群GP2は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL21と、レンズL22とで構成されている。レンズL21は負レンズ、レンズL22は正レンズとなっている。レンズL21とレンズL22は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた1つのレンズ成分を構成している。 The second group GP2 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lens L21 and lens L22. Lens L21 is a negative lens and lens L22 is a positive lens. Lenses L21 and L22 constitute a single lens component composed of a negative lens and a positive lens cemented together in order from the object side to the image plane side.
第3群GP3は、物体側から像面側に向かって順に、第1フレアカッターFC1と、レンズL31と、レンズL32とで構成されている。レンズL31は、正の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL32は、負の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL31には両面に非球面が形成されている。第1フレアカッターFC1は、望遠端に対して広角端側で光学開口径を小さくすることで、広角端側での画面周辺部のフレア成分を効果的にカットすることを可能にしている。 The third group GP3 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a first flare cutter FC1, lens L31, and lens L32. Lens L31 is a single lens with positive refractive power. Lens L32 is a single lens with negative refractive power. Lens L31 has aspherical surfaces on both sides. The first flare cutter FC1 makes the optical aperture diameter smaller at the wide-angle end compared to the telephoto end, making it possible to effectively cut flare components in the peripheral areas of the image at the wide-angle end.
第4群GP4は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL41と、レンズL42とで構成されている。レンズL41は負レンズ、レンズL42は正レンズとなっている。レンズL41とレンズL42は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた1つのレンズ成分を構成している。 The fourth group GP4 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lens L41 and lens L42. Lens L41 is a negative lens and lens L42 is a positive lens. Lenses L41 and L42 constitute a single lens component composed of a negative lens and a positive lens cemented together in order from the object side to the image plane side.
第5群GP5は、物体側から像面側に向かって順に、第2フレアカッターFC2と、レンズL51~レンズL55とで構成されている。第2フレアカッターFC2は、広角端に対して望遠端側で光学開口径を小さくすることで、望遠端側での画面周辺部のフレア成分を効果的にカットすることを可能にしている。レンズL51は、正の屈折力を有する単レンズとなっている。 The fifth group GP5 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a second flare cutter FC2 and lenses L51 to L55. The second flare cutter FC2 has a smaller optical aperture diameter at the telephoto end than at the wide-angle end, making it possible to effectively cut flare components around the periphery of the image at the telephoto end. Lens L51 is a single lens with positive refractive power.
レンズL52は正レンズ、レンズL53は負レンズとなっている。レンズL52とレンズL53は、物体側から像面側に向かって順に正レンズと負レンズとを貼り合わせた、負の屈折力を有する1つのレンズ成分を構成している。レンズL52とレンズL53は、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分Laを構成している。レンズL54は、負の屈折力を有する両凹形状の単レンズとなっている。レンズL54は、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分Lbを構成している。レンズL55は、正の屈折力を有する両凸形状の単レンズとなっている。レンズL55は、最も像面側に配置された第3レンズ成分Lcを構成している。第2レンズ成分LbとしてのレンズL54の両面には非球面が形成されている。第2レンズ成分LbとしてのレンズL54の物体側の面に付与された非球面形状は、近軸球面形状に対してレンズ周辺部において物体側方向へのサグ量が増加するように付加されている。 Lens L52 is a positive lens, and lens L53 is a negative lens. Lenses L52 and L53 constitute a single lens component with negative refractive power, consisting of a positive lens and a negative lens cemented together in that order from the object side to the image side. Lenses L52 and L53 constitute the first lens component La, which is located third from the image side. Lens L54 is a biconcave single lens with negative refractive power. Lens L54 constitutes the second lens component Lb, which is located second from the image side. Lens L55 is a biconvex single lens with positive refractive power. Lens L55 constitutes the third lens component Lc, which is located closest to the image side. Both surfaces of lens L54, which serves as the second lens component Lb, are aspherical. The aspherical shape given to the object-side surface of the lens L54 as the second lens component Lb is added so that the amount of sag toward the object side increases in the lens periphery with respect to the paraxial spherical shape.
実施例3に係るズームレンズ3は、広角端から望遠端へとズーミングする際に、第1群GP1は像面側へ、開口絞りSTOと第2群GP2~第5群GP5は物体側へ移動する。この際、第3群GP3と第5群GP5は広角端から望遠端へとズーミングする際に間隔を変化させずに一体で移動し、第2群GP2と第4群GP4は第3群GP3に近づくように移動する。 When zooming from the wide-angle end to the telephoto end in the zoom lens 3 of Example 3, the first group GP1 moves toward the image plane, and the aperture stop STO and the second group GP2 to the fifth group GP5 move toward the object. At this time, the third group GP3 and the fifth group GP5 move together without changing the distance between them when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, and the second group GP2 and the fourth group GP4 move closer to the third group GP3.
フォーカシングに際しては、第2群GP2と第4群GP4とが稼働群とされている。物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際には、第2群GP2と第4群GP4とがそれぞれ、像面側に移動する。なお、フォーカシングに際して、第2群GP2と第4群GP4とのいずれか一方のみを稼働群としてもよい。例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、第2群GP2のみを像面側に移動してもよい。または、例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、第4群GP4のみを物体側に移動してもよい。 When focusing, the second group GP2 and the fourth group GP4 are movable groups. When focusing from infinity to a close object distance, the second group GP2 and the fourth group GP4 each move toward the image plane. Note that only one of the second group GP2 and the fourth group GP4 may be movable groups when focusing. For example, when focusing from infinity to a close object distance, only the second group GP2 may move toward the image plane. Alternatively, for example, when focusing from infinity to a close object distance, only the fourth group GP4 may move toward the object.
以上の構成により、実施例3に係るズームレンズ3は、光学全長が短く、開放F値の明るい超広角ズームレンズを実現している。 With the above configuration, the zoom lens 3 of Example 3 realizes an ultra-wide-angle zoom lens with a short overall optical length and a bright maximum F-number.
図12には、実施例3に係るズームレンズ3の広角端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図13には、実施例3に係るズームレンズ3の望遠端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図14には、実施例3に係るズームレンズ3の広角端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。図15には、実施例3に係るズームレンズ3の望遠端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。 Figure 12 shows various aberrations of the zoom lens 3 according to Example 3 at the wide-angle end and when focused at infinity. Figure 13 shows various aberrations of the zoom lens 3 according to Example 3 at the telephoto end and when focused at infinity. Figure 14 shows various aberrations of the zoom lens 3 according to Example 3 at the wide-angle end and when focused at a close distance. Figure 15 shows various aberrations of the zoom lens 3 according to Example 3 at the telephoto end and when focused at a close distance.
各収差図から分かるように、実施例3に係るズームレンズ3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。 As can be seen from each aberration diagram, the zoom lens 3 of Example 3 has excellent correction of various aberrations and has excellent imaging performance.
[実施例4]
[表16]に、図16に示した実施例4に係るズームレンズ4の基本的なレンズデータを示す。[表17]には、実施例4に係るズームレンズ4の各群の始面と焦点距離(単位:mm)とを示す。[表18]には、実施例4に係るズームレンズ4における全系の焦点距離f、F値、全画角ω、像高Y、および光学全長Lの値を示す。なお、[表18]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについての無限遠合焦時における値を示す。[表19]には、実施例4に係るズームレンズ4においてズーミングの際に可変となる面間隔のデータと、ズーミングの際に可変となる有効径のデータとを示す。なお、[表19]には、広角端(Wide)、中間焦点距離(Mid)、および望遠端(Tele)のそれぞれについて、物体距離(d0)が無限遠の場合と近距離の場合とにおける値を示す。[表20]には、実施例4に係るズームレンズ4における、非球面の形状を表す係数の値を示す。
[Example 4]
Table 16 shows basic lens data for the zoom lens 4 according to Example 4 shown in FIG. 16 . Table 17 shows the initial surface and focal length (unit: mm) of each lens group in the zoom lens 4 according to Example 4. Table 18 shows the focal length f, F-number, total angle of view ω, image height Y, and total optical length L of the entire system in the zoom lens 4 according to Example 4. Table 18 also shows values for infinity focusing at the wide-angle end (Wide), the intermediate focal length (Mid), and the telephoto end (Tele). Table 19 also shows data on the surface spacing that changes during zooming in the zoom lens 4 according to Example 4, and data on the effective diameter that changes during zooming. Table 19 also shows values for the wide-angle end (Wide), the intermediate focal length (Mid), and the telephoto end (Tele) when the object distance (d0) is infinity and when it is close. Table 20 shows the values of the coefficients representing the shape of the aspherical surface in the zoom lens 4 according to Example 4.
実施例4に係るズームレンズ4は、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第1群GP1と、第1フレアカッターFC1と、正の屈折力を有する第2群GP2と、正の屈折力を有する第3群GP3と、負の屈折力を有する第4群GP4とから構成される。実施例4に係るズームレンズ4において、第3群GP3は、中間群GPmを構成する。第4群GP4は、最終群GPrを構成する。 The zoom lens 4 of Example 4 is composed of, in order from the object side to the image plane side, a first group GP1 having negative refractive power, a first flare cutter FC1, a second group GP2 having positive refractive power, a third group GP3 having positive refractive power, and a fourth group GP4 having negative refractive power. In the zoom lens 4 of Example 4, the third group GP3 constitutes the middle group GPm. The fourth group GP4 constitutes the final group GPr.
第1群GP1は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL11~レンズL14で構成されている。レンズL11~レンズL14はそれぞれ、単レンズとなっている。レンズL11、およびレンズL12はそれぞれ、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズL13は両凹形状の負レンズとなっている。レンズL14は物体側に凸面を向けた正レンズとなっている。最も物体側のレンズL11と、物体側から3番目のレンズL13はそれぞれ、両面に非球面が形成されている。 The first group GP1 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lenses L11 to L14. Lenses L11 to L14 are each a single lens. Lenses L11 and L12 are each a negative meniscus lens with a convex surface facing the object side. Lens L13 is a negative biconcave lens. Lens L14 is a positive lens with a convex surface facing the object side. Lens L11, which is closest to the object, and lens L13, which is third from the object side, each have aspherical surfaces formed on both sides.
第1群GP1と第2群GP2との間には第1フレアカッターFC1が配置され、広角端から望遠端へとズーミングする際には、第1フレアカッターFC1が第2群GP2に近づくように移動する。第1フレアカッターFC1は、広角端において第2群GP2から離れた配置にすることで、広角端での画面周辺部のフレア成分を効果的にカットすることを可能にしている。 A first flare cutter FC1 is positioned between the first lens group GP1 and the second lens group GP2, and when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first flare cutter FC1 moves closer to the second lens group GP2. By positioning the first flare cutter FC1 away from the second lens group GP2 at the wide-angle end, it is possible to effectively cut flare components around the periphery of the image at the wide-angle end.
第2群GP2は、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りSTOと、レンズL21~レンズL24とで構成されている。開口絞りSTOは、F値を決定する絞り部材である。レンズL21は負レンズ、レンズL22は正レンズとなっている。レンズL21とレンズL22は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた、正の屈折力を有する1つのレンズ成分を構成している。レンズL23は負レンズ、レンズL24は正レンズとなっている。レンズL23とレンズL24は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた、負の屈折力を有する1つのレンズ成分を構成している。 The second group GP2 is composed of, in order from the object side to the image plane side, an aperture stop STO and lenses L21 to L24. The aperture stop STO is a diaphragm member that determines the F-number. Lens L21 is a negative lens and lens L22 is a positive lens. Lenses L21 and L22, in order from the object side to the image plane side, are composed of a negative lens and a positive lens cemented together to form a single lens component with positive refractive power. Lens L23 is a negative lens and lens L24 is a positive lens. Lenses L23 and L24, in order from the object side to the image plane side, are composed of a negative lens and a positive lens cemented together to form a single lens component with negative refractive power.
第3群GP3は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL31と、レンズL32とで構成されている。レンズL31は負レンズ、レンズL32は正レンズとなっている。レンズL31とレンズL32は、物体側から像面側に向かって順に負レンズと正レンズとを貼り合わせた1つのレンズ成分を構成している。 The third group GP3 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lens L31 and lens L32. Lens L31 is a negative lens and lens L32 is a positive lens. Lenses L31 and L32 constitute a single lens component composed of a negative lens and a positive lens cemented together in order from the object side to the image plane side.
第4群GP4は、物体側から像面側に向かって順に、レンズL41~レンズL45で構成されている。レンズL41は、正の屈折力を有する単レンズとなっている。 The fourth group GP4 is composed of, in order from the object side to the image plane side, lenses L41 to L45. Lens L41 is a single lens with positive refractive power.
レンズL42は正レンズ、レンズL43は負レンズとなっている。レンズL42とレンズL43は、物体側から像面側に向かって順に正レンズと負レンズとを貼り合わせた、負の屈折力を有する1つのレンズ成分を構成している。レンズL42とレンズL43は、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分Laを構成している。レンズL44は、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する単レンズとなっている。レンズL44は、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分Lbを構成している。レンズL45は、正の屈折力を有する両凸形状の単レンズとなっている。レンズL45は、最も像面側に配置された第3レンズ成分Lcを構成している。第2レンズ成分LbとしてのレンズL44の両面には非球面が形成されている。第2レンズ成分LbとしてのレンズL44の物体側の面に付与された非球面形状は、近軸球面形状に対してレンズ周辺部において物体側方向へのサグ量が増加するように付加されている。 Lens L42 is a positive lens, and lens L43 is a negative lens. Lenses L42 and L43 constitute a single lens component with negative refractive power, consisting of a positive lens and a negative lens cemented together in that order from the object side to the image side. Lenses L42 and L43 constitute the first lens component La, which is located third from the image side. Lens L44 is a single lens with negative refractive power with its concave surface facing the object side. Lens L44 constitutes the second lens component Lb, which is located second from the image side. Lens L45 is a single lens with a biconvex shape and positive refractive power. Lens L45 constitutes the third lens component Lc, which is located closest to the image side. Both surfaces of lens L44, which serves as the second lens component Lb, are aspherical. The aspherical shape given to the object-side surface of the lens L44 as the second lens component Lb is added so that the amount of sag toward the object side increases in the lens periphery with respect to the paraxial spherical shape.
実施例4に係るズームレンズ4は、広角端から望遠端へとズーミングする際に、第1群GP1は像面側へ、第1フレアカッターFC1と第2群GP2~第4群GP4は物体側へ移動する。この際、第1フレアカッターFC1と第2群GP2との間隔、第2群GP2と第3群GP3との間隔は望遠端側で小さくなり、第3群GP3と第4群GP4との間隔は望遠端側で広くなる。 When zooming from the wide-angle end to the telephoto end in the zoom lens 4 of Example 4, the first group GP1 moves toward the image plane, and the first flare cutter FC1 and the second group GP2 to the fourth group GP4 move toward the object. At this time, the distance between the first flare cutter FC1 and the second group GP2 and the distance between the second group GP2 and the third group GP3 become smaller at the telephoto end, and the distance between the third group GP3 and the fourth group GP4 become wider at the telephoto end.
フォーカシングに際しては、開口絞りSTOを除いた第2群GP2と第3群GP3とが稼働群とされている。物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際には、開口絞りSTOを除いた第2群GP2と第3群GP3とがそれぞれ、像面側に移動する。なお、フォーカシングに際して、開口絞りSTOを除いた第2群GP2と第3群GP3とのいずれか一方のみを稼働群としてもよい。例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、開口絞りSTOを除いた第2群GP2のみを像面側に移動してもよい。または、例えば、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、第3群GP3のみを物体側に移動してもよい。During focusing, the second and third groups GP2 and GP3, excluding the aperture diaphragm STO, are the movable groups. When focusing from infinity to a close object distance, the second and third groups GP2 and GP3, excluding the aperture diaphragm STO, each move toward the image plane. Note that during focusing, only one of the second and third groups GP2 and GP3, excluding the aperture diaphragm STO, may be the movable group. For example, when focusing from infinity to a close object distance, only the second group GP2, excluding the aperture diaphragm STO, may move toward the image plane. Alternatively, for example, when focusing from infinity to a close object distance, only the third group GP3 may move toward the object plane.
以上の構成により、実施例4に係るズームレンズ4は、光学全長が短く、開放F値の明るい超広角ズームレンズを実現している。 With the above configuration, the zoom lens 4 of Example 4 realizes an ultra-wide-angle zoom lens with a short overall optical length and a bright maximum F-number.
図17には、実施例4に係るズームレンズ4の広角端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図18には、実施例4に係るズームレンズ4の望遠端かつ無限遠合焦時における諸収差を示す。図19には、実施例4に係るズームレンズ4の広角端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。図20には、実施例4に係るズームレンズ4の望遠端かつ近距離合焦時における諸収差を示す。 Figure 17 shows the various aberrations of the zoom lens 4 according to Example 4 at the wide-angle end and when focused on infinity. Figure 18 shows the various aberrations of the zoom lens 4 according to Example 4 at the telephoto end and when focused on infinity. Figure 19 shows the various aberrations of the zoom lens 4 according to Example 4 at the wide-angle end and when focused on a close distance. Figure 20 shows the various aberrations of the zoom lens 4 according to Example 4 at the telephoto end and when focused on a close distance.
各収差図から分かるように、実施例4に係るズームレンズ4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。 As can be seen from each aberration diagram, the zoom lens 4 of Example 4 has excellent correction of various aberrations and has excellent imaging performance.
[各実施例のその他の数値データ]
[表21]には、上述の各条件式に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。[表21]から分かるように、各条件式について、各実施例の値がその数値範囲内となっている。
[Other Numerical Data for Each Example]
Table 21 shows the values for each of the above conditional expressions for each example. As can be seen from Table 21, the values for each example fall within the corresponding numerical range for each conditional expression.
<5.応用例>
[5.1 第1の応用例]
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<5. Application Examples>
[5.1 First Application Example]
The technology according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving body, such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot, construction machinery, or agricultural machinery (tractor).
図22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22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。 Figure 22 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied. The vehicle control system 7000 includes multiple electronic control units connected via a communication network 7010. In the example shown in Figure 22, the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an outside-vehicle information detection unit 7400, an inside-vehicle information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. The communication network 7010 connecting these multiple control units may be an in-vehicle communication network conforming to any standard, such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay (registered trademark).
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22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。Each control unit includes a microcomputer that performs arithmetic processing according to various programs, a memory unit that stores the programs executed by the microcomputer or parameters used in various calculations, and a drive circuit that drives various controlled devices. Each control unit includes a network I/F for communicating with other control units via the communication network 7010, as well as a communication I/F for communicating with devices or sensors inside and outside the vehicle via wired or wireless communication. Figure 22 illustrates the functional configuration of the integrated control unit 7600, including 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/video output unit 7670, an in-vehicle network I/F 7680, and a memory unit 7690. Other control units similarly include microcomputers, communication I/Fs, memory units, etc.
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。 The drivetrain control unit 7100 controls the operation of devices related to the vehicle's drivetrain in accordance with various programs. For example, the drivetrain control unit 7100 functions as a control device for a driveforce generating device for generating vehicle driveforce, such as an internal combustion engine or drive motor, a driveforce transmission mechanism for transmitting driveforce to the wheels, a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle, and a braking device for generating vehicle braking force. The drivetrain control unit 7100 may also function as a control device for an ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control), etc.
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。 A vehicle state detection unit 7110 is connected to the drivetrain control unit 7100. The vehicle state detection unit 7110 includes at least one of the following: a gyro sensor that detects the angular velocity of the axial rotational motion of the vehicle body; an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle; or a sensor for detecting the amount of accelerator pedal operation, the amount of brake pedal operation, the steering angle of the steering wheel, engine rotation speed, or wheel rotation speed, etc. The drivetrain control unit 7100 performs arithmetic processing using signals input from the vehicle state detection unit 7110, and controls the internal combustion engine, drive motor, electric power steering device, brake device, etc.
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。 The body system control unit 7200 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 7200 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlights, backup lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps. In this case, radio waves transmitted from a portable device that serves as a key or signals from various switches can be input to the body system control unit 7200. The body system control unit 7200 accepts these radio waves or signal inputs and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
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。 The battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310, which is the power supply source for the drive motor, in accordance with various programs. For example, information such as battery temperature, battery output voltage, or remaining battery capacity is input to the battery control unit 7300 from a battery device equipped with the secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs calculations using these signals to control the temperature regulation of the secondary battery 7310 or to control cooling devices and other devices equipped in the battery device.
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。The outside vehicle information detection unit 7400 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 7000. For example, the outside vehicle information detection unit 7400 is connected to at least one of an imaging unit 7410 and an outside vehicle information detection unit 7420. 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 outside vehicle information detection unit 7420 includes at least one of an environmental sensor for detecting the current weather or climate, or a surrounding information detection sensor for detecting other vehicles, obstacles, pedestrians, etc. around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000.
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。 The environmental sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rain, a fog sensor that detects fog, a sunshine sensor that detects the level of sunlight, and a snow sensor that detects snowfall. The surrounding 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 imaging unit 7410 and the outside vehicle information detection unit 7420 may each be provided as independent sensors or devices, or may be provided as a device that integrates multiple sensors or devices.
ここで、図23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。 Here, Figure 23 shows an example of the installation locations of the imaging unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420. The imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, and 7918 are installed, for example, at least one of the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and the top of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 7900. The imaging unit 7910 installed on the front nose and the imaging unit 7918 installed on the top of the windshield inside the vehicle cabin mainly capture images of the front of the vehicle 7900. The imaging units 7912 and 7914 installed on the side mirrors mainly capture images of the sides of the vehicle 7900. The imaging unit 7916 installed on the rear bumper or back door mainly captures images of the rear of the vehicle 7900. The imaging unit 7918 provided on the upper part of the windshield inside the vehicle is mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
なお、図23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。 Note that Figure 23 shows an example of the imaging ranges of each of the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916. Imaging range a indicates the imaging range of the imaging unit 7910 provided on the front nose, imaging ranges b and c indicate the imaging ranges of the imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors, respectively, and imaging range d indicates the imaging range of the imaging unit 7916 provided on the rear bumper or tailgate. For example, by overlaying the image data captured by the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916, an overhead image of the vehicle 7900 viewed from above can be obtained.
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。 External vehicle information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, and 7930 provided on the front, rear, sides, corners, and above the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 7900 may be, for example, ultrasonic sensors or radar devices. External vehicle information detection units 7920, 7926, and 7930 provided on the front nose, rear bumper, back door, and above the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 7900 may be, for example, LIDAR devices. These external vehicle information detection units 7920 to 7930 are primarily used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, etc.
図22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。 Returning to Figure 22, the explanation continues. The outside vehicle information detection unit 7400 causes the imaging unit 7410 to capture images outside the vehicle and receives the captured image data. The outside vehicle information detection unit 7400 also receives detection information from the connected outside vehicle information detection unit 7420. If the outside vehicle information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, radar device, or LIDAR device, the outside vehicle information detection unit 7400 emits ultrasonic waves or electromagnetic waves, etc., and receives information on the received reflected waves. Based on the received information, the outside vehicle information detection unit 7400 may perform object detection processing or distance detection processing for people, vehicles, obstacles, signs, or text on the road surface. Based on the received information, the outside vehicle information detection unit 7400 may also perform environmental recognition processing to recognize rainfall, fog, road conditions, etc. Based on the received information, the outside vehicle information detection unit 7400 may calculate the distance to an object outside the vehicle.
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。 The outside vehicle information detection unit 7400 may also perform image recognition processing or distance detection processing to recognize people, vehicles, obstacles, signs, or text on the road surface based on the received image data. The outside vehicle information detection unit 7400 may perform processing such as distortion correction or alignment on the received image data, and may also synthesize image data captured by different imaging units 7410 to generate an overhead image or a panoramic image. The outside vehicle information detection unit 7400 may also perform viewpoint conversion processing using image data captured by different imaging units 7410.
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。 The in-vehicle information detection unit 7500 detects information inside the vehicle. Connected to the in-vehicle information detection unit 7500 is, for example, a driver state detection unit 7510 that detects the driver's state. The driver state detection unit 7510 may include a camera that captures an image of the driver, a biosensor that detects the driver's biometric information, or a microphone that collects audio from within the vehicle cabin. The biosensor is provided, for example, on the seat or steering wheel, and detects the biometric information of a passenger sitting in the seat or the driver gripping the steering wheel. The in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the driver's level of fatigue or concentration based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, or may determine whether the driver is dozing off. The in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling on the collected audio signal.
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。The integrated control unit 7600 controls the overall operation of the vehicle control system 7000 in accordance with various programs. An input unit 7800 is connected to the integrated control unit 7600. The input unit 7800 may be implemented by a device that can be operated by an occupant, such as a touch panel, button, microphone, switch, or lever. Data obtained by voice recognition of voice input via a microphone may be input to the integrated control unit 7600. The input unit 7800 may be, for example, a remote control device that uses infrared or other radio waves, or an externally connected device such as a mobile phone or PDA (Personal Digital Assistant) that can operate the vehicle control system 7000. The input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the occupant can input information using gestures. Alternatively, data obtained by detecting the movement of a wearable device worn by the occupant may be input. Furthermore, the input unit 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by the occupant using the input unit 7800 and outputs the signal to the integrated control unit 7600. Passengers and the like operate this input unit 7800 to input various data to the vehicle control system 7000 and to instruct processing operations.
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。 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, etc. The storage unit 7690 may also be realized by a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device.
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。 The general-purpose communication I/F 7620 is a general-purpose communication I/F that mediates communication between various devices present in the external environment 7750. The general-purpose communication I/F 7620 may implement cellular communication protocols such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution) or LTE-Advanced (LTE-A), or other wireless communication protocols such as wireless LAN (also known as Wi-Fi (registered trademark)) and Bluetooth (registered trademark). The general-purpose communication I/F 7620 may connect to devices (e.g., application servers or control servers) present on an external network (e.g., the Internet, a cloud network, or an operator-specific network) via, for example, a base station or access point. In addition, the general-purpose communication I/F 7620 may connect to a terminal located near the vehicle (e.g., a terminal of a driver, pedestrian, or store, or an MTC (Machine Type Communication) terminal) using, for example, P2P (Peer To Peer) technology.
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。The dedicated communication I/F 7630 is a communication I/F that supports communication protocols designed for use in vehicles. The dedicated communication I/F 7630 may implement standard protocols such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), which is a combination of the lower layer IEEE 802.11p and the upper layer IEEE 1609, DSRC (Dedicated Short Range Communications), or a cellular communication protocol. The dedicated communication I/F 7630 typically performs V2X communication, a concept that includes one or more of vehicle-to-vehicle communication, vehicle-to-infrastructure communication, vehicle-to-home communication, and vehicle-to-pedestrian communication.
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。 The positioning unit 7640 performs positioning by receiving, for example, GNSS signals from GNSS (Global Navigation Satellite System) satellites (e.g., GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites), and generates location information including the vehicle's latitude, longitude, and altitude. The positioning unit 7640 may determine the current location by exchanging signals with a wireless access point, or may obtain location information from a terminal with positioning capabilities, such as a mobile phone, PHS, or smartphone.
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。 The beacon receiver 7650 receives, for example, radio waves or electromagnetic waves transmitted from radio stations installed on the road, and acquires information such as the current location, traffic congestion, road closures, and travel time. The functions of the beacon receiver 7650 may be included in the dedicated communication I/F 7630 described above.
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。The in-vehicle device I/F 7660 is a communication interface that mediates connections between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 present in the vehicle. The in-vehicle device I/F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB). The in-vehicle device I/F 7660 may also establish a wired connection via a connection terminal (and, if necessary, a cable) not shown, such as USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface), or MHL (Mobile High-Definition Link). The in-vehicle device 7760 may include, for example, at least one of a mobile device or wearable device owned by the passenger, or an information device carried or installed in the vehicle. The in-vehicle device 7760 may also include a navigation device that searches for a route to a desired destination. The in-vehicle device I/F 7660 exchanges control signals or data signals with these in-vehicle devices 7760 .
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。 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 sends and receives signals in accordance with a specified protocol supported by the communication network 7010.
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。The microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 controls the vehicle control system 7000 in accordance with various programs based on information acquired via at least one of the general-purpose communication I/F 7620, dedicated communication I/F 7630, positioning unit 7640, beacon receiving unit 7650, in-vehicle device I/F 7660, and in-vehicle network I/F 7680. For example, the microcomputer 7610 may calculate control target values for the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on acquired information from inside and outside the vehicle, and output control commands to the drivetrain control unit 7100. For example, the microcomputer 7610 may perform cooperative control aimed at realizing the functions of an Advanced Driver Assistance System (ADAS), including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, and vehicle lane departure warning. In addition, the microcomputer 7610 may perform cooperative control for the purpose of autonomous driving, in which the vehicle travels autonomously without relying on driver operation, by controlling a driving force generating device, a steering mechanism, a braking device, etc. based on information acquired about the vehicle's surroundings.
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。 The microcomputer 7610 may generate three-dimensional distance information between the vehicle and surrounding objects, such as structures and people, based on information acquired via at least one of the general-purpose communication I/F 7620, dedicated communication I/F 7630, positioning unit 7640, beacon receiving unit 7650, in-vehicle equipment I/F 7660, and in-vehicle network I/F 7680, and create local map information including information about the surrounding area of the vehicle's current location. Furthermore, the microcomputer 7610 may predict dangers, such as a vehicle collision, approaching pedestrians, or entering a closed road, based on the acquired information, and generate a warning signal. The warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or turning on a warning lamp.
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22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。The audio/image output unit 7670 transmits at least one audio and/or image output signal to an output device capable of visually or audibly notifying vehicle occupants or the outside of the vehicle of information. In the example of FIG. 22 , an audio speaker 7710, a display unit 7720, and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices. The display unit 7720 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display. The display unit 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function. The output device may also be other devices, such as headphones, a wearable device such as an eyeglass-type display worn by the occupant, a projector, or a lamp. When the output device is a display device, the display device visually displays the results obtained by various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from other control units in various formats, such as text, images, tables, and graphs. When the output device is an audio output device, the audio output device converts audio signals consisting of reproduced audio data or acoustic data into analog signals and outputs them audibly.
なお、図22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。 In the example shown in FIG. 22, at least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated into a single control unit. Alternatively, each control unit may be composed of multiple control units. Furthermore, the vehicle control system 7000 may include another control unit not shown. In addition, in the above description, some or all of the functions performed by one of the control units may be carried out by another control unit. In other words, as long as information is sent and received via the communication network 7010, predetermined calculation processing may be performed by one of the control units. Similarly, a sensor or device connected to one of the control units may be connected to another control unit, and multiple control units may send and receive detection information to each other via the communication network 7010.
以上説明した車両制御システム7000において、本開示のズームレンズ、および撮像装置は、撮像部7410、および撮像部7910,7912,7914,7916,7918に適用することができる。 In the vehicle control system 7000 described above, the zoom lens and imaging device of the present disclosure can be applied to the imaging unit 7410 and the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, and 7918.
[5.2 第2の応用例]
本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
[5.2 Second Application Example]
The technology disclosed herein may be applied to an endoscopic surgery system.
図24は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム5000の概略的な構成の一例を示す図である。図24では、術者(医師)5067が、内視鏡手術システム5000を用いて、患者ベッド5069上の患者5071に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム5000は、内視鏡5001と、その他の術具5017と、内視鏡5001を支持する支持アーム装置5027と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート5037と、から構成される。 Figure 24 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system 5000 to which the technology disclosed herein can be applied. Figure 24 shows an operator (doctor) 5067 performing surgery on a patient 5071 on a patient bed 5069 using the endoscopic surgery system 5000. As shown, the endoscopic surgery system 5000 is composed of an endoscope 5001, other surgical tools 5017, a support arm device 5027 that supports the endoscope 5001, and a cart 5037 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ5025a~5025dと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ5025a~5025dから、内視鏡5001の鏡筒5003や、その他の術具5017が患者5071の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具5017として、気腹チューブ5019、エネルギー処置具5021及び鉗子5023が、患者5071の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具5021は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具5017はあくまで一例であり、術具5017としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。 In endoscopic surgery, instead of cutting the abdominal wall and opening the abdomen, multiple punctures using tubular drilling instruments called trocars 5025a-5025d are inserted into the abdominal wall. The tube 5003 of the endoscope 5001 and other surgical instruments 5017 are then inserted into the body cavity of the patient 5071 through the trocars 5025a-5025d. In the illustrated example, the other surgical instruments 5017 inserted into the body cavity of the patient 5071 include an insufflation tube 5019, an energy treatment instrument 5021, and forceps 5023. The energy treatment instrument 5021 is a treatment instrument that uses high-frequency current or ultrasonic vibration to incise and dissect tissue, seal blood vessels, and perform other operations. However, the illustrated surgical instrument 5017 is merely an example, and various surgical instruments commonly used in endoscopic surgery, such as a surgeon or retractor, may be used as the surgical instrument 5017.
内視鏡5001によって撮影された患者5071の体腔内の術部の画像が、表示装置5041に表示される。術者5067は、表示装置5041に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具5021や鉗子5023を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ5019、エネルギー処置具5021及び鉗子5023は、手術中に、術者5067又は助手等によって支持される。 An image of the surgical site inside the body cavity of the patient 5071, captured by the endoscope 5001, is displayed on the display device 5041. While viewing the image of the surgical site displayed on the display device 5041 in real time, the surgeon 5067 performs treatment such as resecting the affected area using the energy treatment tool 5021 and forceps 5023. Although not shown, the insufflation tube 5019, energy treatment tool 5021, and forceps 5023 are supported by the surgeon 5067 or an assistant during surgery.
(支持アーム装置)
支持アーム装置5027は、ベース部5029から延伸するアーム部5031を備える。図示する例では、アーム部5031は、関節部5033a、5033b、5033c、及びリンク5035a、5035bから構成されており、アーム制御装置5045からの制御により駆動される。アーム部5031によって内視鏡5001が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡5001の安定的な位置の固定が実現され得る。
(Support arm device)
The support arm device 5027 includes an arm portion 5031 extending from a base portion 5029. In the example shown, the arm portion 5031 is composed of joints 5033a, 5033b, and 5033c and links 5035a and 5035b, and is driven under control of an arm control device 5045. The arm portion 5031 supports the endoscope 5001, and controls its position and orientation. This allows the endoscope 5001 to be stably fixed in position.
(内視鏡)
内視鏡5001は、先端から所定の長さの領域が患者5071の体腔内に挿入される鏡筒5003と、鏡筒5003の基端に接続されるカメラヘッド5005と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒5003を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡5001を図示しているが、内視鏡5001は、軟性の鏡筒5003を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
(Endoscopy)
The endoscope 5001 is composed of a lens barrel 5003, a region of a predetermined length from the tip of which is inserted into a body cavity of a patient 5071, and a camera head 5005 connected to the base end of the lens barrel 5003. In the example shown in the figure, the endoscope 5001 is configured as a so-called rigid lens barrel having a rigid lens barrel 5003, but the endoscope 5001 may also be configured as a so-called flexible lens barrel having a flexible lens barrel 5003.
鏡筒5003の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡5001には光源装置5043が接続されており、当該光源装置5043によって生成された光が、鏡筒5003の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者5071の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡5001は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。 An opening into which an objective lens is fitted is provided at the tip of the tube 5003. A light source device 5043 is connected to the endoscope 5001, and light generated by the light source device 5043 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 5003, and is then irradiated via the objective lens toward the object to be observed inside the body cavity of the patient 5071. The endoscope 5001 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
カメラヘッド5005の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU:Camera Control Unit)5039に送信される。なお、カメラヘッド5005には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。 The camera head 5005 contains an optical system and an image sensor, and the optical system focuses reflected light (observation light) from the object being observed onto the image sensor. The image sensor photoelectrically converts the observation light to generate an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image. This image signal is sent to the camera control unit (CCU) 5039 as RAW data. The camera head 5005 is equipped with a function for adjusting the magnification and focal length by appropriately driving the optical system.
なお、例えば立体視(3D表示)等に対応するために、カメラヘッド5005には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒5003の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。 In addition, multiple image sensors may be provided in the camera head 5005, for example, to support stereoscopic vision (3D display). In this case, multiple relay optical systems are provided inside the lens barrel 5003 to guide observation light to each of the multiple image sensors.
(カートに搭載される各種の装置)
CCU5039は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡5001及び表示装置5041の動作を統括的に制御する。具体的には、CCU5039は、カメラヘッド5005から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。CCU5039は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置5041に提供する。また、CCU5039は、カメラヘッド5005に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
(Various devices mounted on the cart)
The CCU 5039 is configured with a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and comprehensively controls the operations of the endoscope 5001 and the display device 5041. Specifically, the CCU 5039 performs various image processing, such as development processing (demosaic processing), on the image signal received from the camera head 5005 in order to display an image based on the image signal. The CCU 5039 provides the image signal after the image processing to the display device 5041. The CCU 5039 also transmits a control signal to the camera head 5005 to control its drive. The control signal may include information regarding imaging conditions, such as magnification and focal length.
表示装置5041は、CCU5039からの制御により、当該CCU5039によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡5001が例えば4K(水平画素数3840×垂直画素数2160)又は8K(水平画素数7680×垂直画素数4320)等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び/又は3D表示に対応したものである場合には、表示装置5041としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び/又は3D表示可能なものが用いられ得る。4K又は8K等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置5041として55インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置5041が設けられてもよい。 Under the control of the CCU 5039, the display device 5041 displays an image based on an image signal that has been image processed by the CCU 5039. If the endoscope 5001 is compatible with high-resolution imaging, such as 4K (3840 horizontal pixels x 2160 vertical pixels) or 8K (7680 horizontal pixels x 4320 vertical pixels), and/or is compatible with 3D display, the display device 5041 may be capable of high-resolution display and/or 3D display, respectively. If the endoscope is compatible with high-resolution imaging, such as 4K or 8K, a display device 5041 with a size of 55 inches or larger can be used to achieve a more immersive experience. Furthermore, multiple display devices 5041 with different resolutions and sizes may be provided depending on the application.
光源装置5043は、例えばLED(light emitting diode)等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡5001に供給する。 The light source device 5043 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode) and supplies illumination light to the endoscope 5001 when photographing the surgical site.
アーム制御装置5045は、例えばCPU等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置5027のアーム部5031の駆動を制御する。 The arm control device 5045 is composed of a processor such as a CPU, and operates according to a predetermined program to control the drive of the arm portion 5031 of the support arm device 5027 according to a predetermined control method.
入力装置5047は、内視鏡手術システム5000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置5047を介して、内視鏡手術システム5000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置5047を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置5047を介して、アーム部5031を駆動させる旨の指示や、内視鏡5001による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示、エネルギー処置具5021を駆動させる旨の指示等を入力する。 The input device 5047 is an input interface for the endoscopic surgery system 5000. The user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 5000 via the input device 5047. For example, the user inputs various information related to the surgery, such as the patient's physical information and information about the surgical procedure, via the input device 5047. In addition, for example, the user inputs via the input device 5047 instructions to drive the arm unit 5031, instructions to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) of the endoscope 5001, instructions to drive the energy treatment tool 5021, etc.
入力装置5047の種類は限定されず、入力装置5047は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置5047としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ5057及び/又はレバー等が適用され得る。入力装置5047としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置5041の表示面上に設けられてもよい。 The type of input device 5047 is not limited, and the input device 5047 may be any known input device. Examples of the input device 5047 that may be used include a mouse, keyboard, touch panel, switch, foot switch 5057, and/or lever. When a touch panel is used as the input device 5047, the touch panel may be provided on the display surface of the display device 5041.
あるいは、入力装置5047は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやHMD(Head Mounted Display)等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置5047は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置5047は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置5047が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ(例えば術者5067)が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。 Alternatively, the input device 5047 may be a device worn by the user, such as a glasses-type wearable device or an HMD (Head Mounted Display), and various inputs are made in response to the user's gestures and line of sight detected by these devices. The input device 5047 may also include a camera capable of detecting the user's movements, and various inputs are made in response to the user's gestures and line of sight detected from the image captured by the camera. The input device 5047 may also include a microphone capable of capturing the user's voice, and various inputs are made via voice via the microphone. In this way, the input device 5047 is configured to be able to input various information non-contact, allowing a user (e.g., the surgeon 5067) in a particularly clean area to operate equipment in an unclean area non-contact. Furthermore, the user can operate the equipment without removing their hands from the surgical tools they are holding, improving user convenience.
処置具制御装置5049は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具5021の駆動を制御する。気腹装置5051は、内視鏡5001による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者5071の体腔を膨らめるために、気腹チューブ5019を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ5053は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ5055は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。 The treatment tool control device 5049 controls the operation of the energy treatment tool 5021 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc. The insufflation device 5051 inflates the body cavity of the patient 5071 through the insufflation tube 5019 in order to ensure a clear field of view for the endoscope 5001 and to ensure working space for the surgeon. The recorder 5053 is a device capable of recording various types of information related to the surgery. The printer 5055 is a device capable of printing various types of information related to the surgery in various formats, such as text, images, or graphs.
以下、内視鏡手術システム5000において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。 Below, the particularly characteristic configurations of the endoscopic surgery system 5000 are described in further detail.
(支持アーム装置)
支持アーム装置5027は、基台であるベース部5029と、ベース部5029から延伸するアーム部5031と、を備える。図示する例では、アーム部5031は、複数の関節部5033a、5033b、5033cと、関節部5033bによって連結される複数のリンク5035a、5035bと、から構成されているが、図24では、簡単のため、アーム部5031の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部5031が所望の自由度を有するように、関節部5033a~5033c及びリンク5035a、5035bの形状、数及び配置、並びに関節部5033a~5033cの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部5031は、好適に、6自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部5031の可動範囲内において内視鏡5001を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡5001の鏡筒5003を患者5071の体腔内に挿入することが可能になる。
(Support arm device)
The support arm device 5027 includes a base 5029 serving as a base and an arm 5031 extending from the base 5029. In the illustrated example, the arm 5031 is composed of multiple joints 5033a, 5033b, and 5033c and multiple links 5035a and 5035b connected by the joint 5033b. However, for simplicity, FIG. 24 illustrates a simplified configuration of the arm 5031. In practice, the shapes, number, and arrangement of the joints 5033a to 5033c and the links 5035a and 5035b, as well as the directions of the rotation axes of the joints 5033a to 5033c, can be appropriately set so that the arm 5031 has the desired degrees of freedom. For example, the arm 5031 can be preferably configured to have six or more degrees of freedom. This allows the endoscope 5001 to be moved freely within the movable range of the arm portion 5031, making it possible to insert the telescope tube 5003 of the endoscope 5001 into the body cavity of the patient 5071 from the desired direction.
関節部5033a~5033cにはアクチュエータが設けられており、関節部5033a~5033cは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置5045によって制御されることにより、各関節部5033a~5033cの回転角度が制御され、アーム部5031の駆動が制御される。これにより、内視鏡5001の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置5045は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部5031の駆動を制御することができる。 Actuators are provided in the joints 5033a to 5033c, and the joints 5033a to 5033c are configured to rotate around a predetermined rotation axis when driven by the actuators. The drive of the actuators is controlled by the arm control device 5045, which controls the rotation angle of each joint 5033a to 5033c and controls the drive of the arm unit 5031. This makes it possible to control the position and attitude of the endoscope 5001. In this case, the arm control device 5045 can control the drive of the arm unit 5031 using various known control methods, such as force control or position control.
例えば、術者5067が、入力装置5047(フットスイッチ5057を含む)を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置5045によってアーム部5031の駆動が適宜制御され、内視鏡5001の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部5031の先端の内視鏡5001を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部5031は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部5031は、手術室から離れた場所に設置される入力装置5047を介してユーザによって遠隔操作され得る。 For example, the surgeon 5067 may perform appropriate operational input via the input device 5047 (including the foot switch 5057), which may then cause the arm control device 5045 to appropriately control the drive of the arm unit 5031 in accordance with the operational input, thereby controlling the position and posture of the endoscope 5001. Through this control, the endoscope 5001 at the tip of the arm unit 5031 can be moved from any position to any other position, and then fixedly supported at that position. The arm unit 5031 may also be operated in a so-called master-slave manner. In this case, the arm unit 5031 can be remotely controlled by the user via the input device 5047 installed in a location away from the operating room.
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置5045は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部5031が移動するように、各関節部5033a~5033cのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部5031に触れながらアーム部5031を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部5031を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡5001を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。 Furthermore, when force control is applied, the arm control device 5045 may perform so-called power assist control, in which the actuators of each joint 5033a to 5033c are driven so that the arm 5031 receives an external force from the user and moves smoothly in accordance with that external force. This allows the arm 5031 to be moved with a relatively light force when the user moves the arm 5031 while directly touching it. This makes it possible to move the endoscope 5001 more intuitively and with simpler operations, improving user convenience.
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡5001が支持されていた。これに対して、支持アーム装置5027を用いることにより、人手によらずに内視鏡5001の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。 In general, during endoscopic surgery, the endoscope 5001 is supported by a doctor called a scopist. By using the support arm device 5027, the position of the endoscope 5001 can be fixed more reliably without manual intervention, enabling stable images of the surgical site to be obtained and enabling the surgery to be carried out smoothly.
なお、アーム制御装置5045は必ずしもカート5037に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置5045は必ずしも1つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置5045は、支持アーム装置5027のアーム部5031の各関節部5033a~5033cにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置5045が互いに協働することにより、アーム部5031の駆動制御が実現されてもよい。 The arm control device 5045 does not necessarily have to be provided on the cart 5037. Furthermore, the arm control device 5045 does not necessarily have to be a single device. For example, an arm control device 5045 may be provided on each of the joints 5033a to 5033c of the arm section 5031 of the support arm device 5027, and drive control of the arm section 5031 may be achieved by multiple arm control devices 5045 working together.
(光源装置)
光源装置5043は、内視鏡5001に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置5043は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置5043において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド5005の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
(Light source device)
The light source device 5043 supplies illumination light to the endoscope 5001 when photographing the surgical site. The light source device 5043 is composed of a white light source, such as an LED, a laser light source, or a combination of these. In this case, if the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, allowing the light source device 5043 to adjust the white balance of the captured image. In this case, it is also possible to time-share images corresponding to each RGB by irradiating the object of observation with laser light from each RGB laser light source and controlling the drive of the image sensor of the camera head 5005 in synchronization with the irradiation timing. This method allows color images to be obtained without providing a color filter to the image sensor.
また、光源装置5043は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド5005の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。 The light source device 5043 may also be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals. The operation of the image sensor of the camera head 5005 is controlled in synchronization with the timing of the change in light intensity to acquire images in a time-division manner, and by combining these images, it is possible to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blocked-up shadows and blown-out highlights.
また、光源装置5043は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置5043は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。The light source device 5043 may also be configured to provide light in a predetermined wavelength band compatible with special light observation. Special light observation, for example, utilizes the wavelength dependence of light absorption in body tissues to irradiate light with a narrower band than the light irradiated during normal observation (i.e., white light), thereby capturing high-contrast images of specific tissues, such as blood vessels on the surface of mucous membranes, known as narrow-band imaging. Alternatively, special light observation may involve fluorescence observation, in which images are obtained using fluorescence generated by irradiating excitation light. Fluorescence observation may involve irradiating excitation light onto body tissue and observing the fluorescence from the tissue (autofluorescence observation), or irradiating the tissue with excitation light corresponding to the fluorescent wavelength of a reagent such as indocyanine green (ICG) to obtain a fluorescent image. The light source device 5043 may be configured to provide narrow-band light and/or excitation light compatible with such special light observation.
(カメラヘッド及びCCU)
図25を参照して、内視鏡5001のカメラヘッド5005及びCCU5039の機能についてより詳細に説明する。図25は、図24に示すカメラヘッド5005及びCCU5039の機能構成の一例を示すブロック図である。
(Camera head and CCU)
The functions of the camera head 5005 and the CCU 5039 of the endoscope 5001 will be described in more detail with reference to Fig. 25. Fig. 25 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 5005 and the CCU 5039 shown in Fig. 24.
図25を参照すると、カメラヘッド5005は、その機能として、レンズユニット5007と、撮像部5009と、駆動部5011と、通信部5013と、カメラヘッド制御部5015と、を有する。また、CCU5039は、その機能として、通信部5059と、画像処理部5061と、制御部5063と、を有する。カメラヘッド5005とCCU5039とは、伝送ケーブル5065によって双方向に通信可能に接続されている。 Referring to Figure 25, the camera head 5005 has, as its functions, a lens unit 5007, an imaging unit 5009, a drive unit 5011, a communication unit 5013, and a camera head control unit 5015. The CCU 5039 also has, as its functions, a communication unit 5059, an image processing unit 5061, and a control unit 5063. The camera head 5005 and the CCU 5039 are connected via a transmission cable 5065 to enable bidirectional communication.
まず、カメラヘッド5005の機能構成について説明する。レンズユニット5007は、鏡筒5003との接続部に設けられる光学系である。鏡筒5003の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド5005まで導光され、当該レンズユニット5007に入射する。レンズユニット5007は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット5007は、撮像部5009の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。 First, the functional configuration of the camera head 5005 will be described. The lens unit 5007 is an optical system provided at the connection point with the lens barrel 5003. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 5003 is guided to the camera head 5005 and enters the lens unit 5007. The lens unit 5007 is composed of a combination of multiple lenses, including a zoom lens and a focus lens. The optical characteristics of the lens unit 5007 are adjusted so that the observation light is focused on the light receiving surface of the image sensor of the imaging section 5009. In addition, the zoom lens and focus lens are configured so that their positions on the optical axis can be moved to adjust the magnification and focus of the captured image.
撮像部5009は撮像素子によって構成され、レンズユニット5007の後段に配置される。レンズユニット5007を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部5009によって生成された画像信号は、通信部5013に提供される。 The imaging unit 5009 is composed of an imaging element and is arranged after the lens unit 5007. Observation light passing through the lens unit 5007 is focused on the light-receiving surface of the imaging element, and an image signal corresponding to the observed image is generated by photoelectric conversion. The image signal generated by the imaging unit 5009 is provided to the communication unit 5013.
撮像部5009を構成する撮像素子としては、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)タイプのイメージセンサであり、Bayer配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば4K以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者5067は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。 The imaging element constituting the imaging unit 5009 is, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor with a Bayer array capable of color imaging. The imaging element may also be capable of capturing high-resolution images, for example, 4K or higher. Obtaining high-resolution images of the surgical site allows the surgeon 5067 to grasp the state of the surgical site in more detail, enabling the surgery to proceed more smoothly.
また、撮像部5009を構成する撮像素子は、3D表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成される。3D表示が行われることにより、術者5067は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部5009が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット5007も複数系統設けられる。 The imaging element constituting the imaging unit 5009 is configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and left eye, respectively, corresponding to 3D display. 3D display allows the surgeon 5067 to more accurately grasp the depth of the biological tissue at the surgical site. Note that if the imaging unit 5009 is configured as a multi-plate type, multiple lens units 5007 are also provided corresponding to each imaging element.
また、撮像部5009は、必ずしもカメラヘッド5005に設けられなくてもよい。例えば、撮像部5009は、鏡筒5003の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。 Furthermore, the imaging unit 5009 does not necessarily have to be provided in the camera head 5005. For example, the imaging unit 5009 may be provided inside the lens barrel 5003, immediately after the objective lens.
駆動部5011は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部5015からの制御により、レンズユニット5007のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部5009による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。 The drive unit 5011 is composed of an actuator, and under the control of the camera head control unit 5015, moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 5007 a predetermined distance along the optical axis. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 5009 to be adjusted appropriately.
通信部5013は、CCU5039との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部5013は、撮像部5009から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル5065を介してCCU5039に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者5067が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部5013には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル5065を介してCCU5039に送信される。 The communication unit 5013 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 5039. The communication unit 5013 transmits image signals obtained from the imaging unit 5009 as RAW data to the CCU 5039 via the transmission cable 5065. At this time, in order to display the captured images of the surgical site with low latency, it is preferable that the image signals be transmitted via optical communication. During surgery, the surgeon 5067 performs the surgery while observing the condition of the affected area using the captured images, so for a safer and more reliable surgery, it is necessary that moving images of the surgical site be displayed as real-time as possible. When optical communication is used, the communication unit 5013 is provided with a photoelectric conversion module that converts electrical signals into optical signals. The image signals are converted into optical signals by the photoelectric conversion module and then transmitted to the CCU 5039 via the transmission cable 5065.
また、通信部5013は、CCU5039から、カメラヘッド5005の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部5013は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部5015に提供する。なお、CCU5039からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部5013には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部5015に提供される。 The communication unit 5013 also receives control signals from the CCU 5039 for controlling the operation of the camera head 5005. The control signals include information regarding the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value during imaging, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image. The communication unit 5013 provides the received control signals to the camera head control unit 5015. Note that the control signals from the CCU 5039 may also be transmitted by optical communication. In this case, the communication unit 5013 is provided with a photoelectric conversion module that converts optical signals into electrical signals, and the control signals are converted into electrical signals by the photoelectric conversion module before being provided to the camera head control unit 5015.
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてCCU5039の制御部5063によって自動的に設定される。つまり、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡5001に搭載される。 The above-mentioned imaging conditions, such as frame rate, exposure value, magnification, and focus, are automatically set by the control unit 5063 of the CCU 5039 based on the acquired image signal. In other words, the endoscope 5001 is equipped with so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
カメラヘッド制御部5015は、通信部5013を介して受信したCCU5039からの制御信号に基づいて、カメラヘッド5005の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部5015は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び/又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部5009の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部5015は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部5011を介してレンズユニット5007のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部5015は、更に、鏡筒5003やカメラヘッド5005を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。 The camera head control unit 5015 controls the driving of the camera head 5005 based on control signals received from the CCU 5039 via the communication unit 5013. For example, the camera head control unit 5015 controls the driving of the image sensor of the imaging unit 5009 based on information specifying the frame rate of the captured image and/or information specifying the exposure during image capture. Also, for example, the camera head control unit 5015 appropriately moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 5007 via the drive unit 5011 based on information specifying the magnification and focus of the captured image. The camera head control unit 5015 may further have a function for storing information for identifying the lens barrel 5003 and the camera head 5005.
なお、レンズユニット5007や撮像部5009等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド5005について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。 In addition, by arranging components such as the lens unit 5007 and the imaging unit 5009 in a sealed structure that is highly airtight and waterproof, the camera head 5005 can be made resistant to autoclave sterilization.
次に、CCU5039の機能構成について説明する。通信部5059は、カメラヘッド5005との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部5059は、カメラヘッド5005から、伝送ケーブル5065を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部5059には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部5059は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部5061に提供する。 Next, the functional configuration of the CCU 5039 will be described. The communication unit 5059 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 5005. The communication unit 5059 receives an image signal transmitted from the camera head 5005 via the transmission cable 5065. At this time, as described above, the image signal may be preferably transmitted by optical communication. In this case, to support optical communication, the communication unit 5059 is provided with an optoelectric conversion module that converts optical signals into electrical signals. The communication unit 5059 provides the image signal converted into an electrical signal to the image processing unit 5061.
また、通信部5059は、カメラヘッド5005に対して、カメラヘッド5005の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。 In addition, the communication unit 5059 transmits a control signal to the camera head 5005 for controlling the operation of the camera head 5005. This control signal may also be transmitted by optical communication.
画像処理部5061は、カメラヘッド5005から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理(帯域強調処理、超解像処理、NR(Noise reduction)処理及び/又は手ブレ補正処理等)、並びに/又は拡大処理(電子ズーム処理)等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部5061は、AE、AF及びAWBを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。 The image processing unit 5061 performs various image processing operations on the image signal, which is RAW data transmitted from the camera head 5005. Such image processing operations include various well-known signal processing operations, such as development processing, high-quality image processing (band enhancement processing, super-resolution processing, NR (Noise Reduction) processing, and/or image stabilization processing, etc.), and/or enlargement processing (electronic zoom processing). The image processing unit 5061 also performs detection processing on the image signal to perform AE, AF, and AWB.
画像処理部5061は、CPUやGPU等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部5061が複数のGPUによって構成される場合には、画像処理部5061は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のGPUによって並列的に画像処理を行う。 The image processing unit 5061 is configured with a processor such as a CPU or GPU, and the processor operates in accordance with a predetermined program to perform the image processing and detection processing described above. If the image processing unit 5061 is configured with multiple GPUs, the image processing unit 5061 divides the information related to the image signal appropriately and performs image processing in parallel using these multiple GPUs.
制御部5063は、内視鏡5001による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部5063は、カメラヘッド5005の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部5063は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡5001にAE機能、AF機能及びAWB機能が搭載されている場合には、制御部5063は、画像処理部5061による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。 The control unit 5063 performs various controls related to the imaging of the surgical site by the endoscope 5001 and the display of the captured images. For example, the control unit 5063 generates a control signal for controlling the operation of the camera head 5005. At this time, if the imaging conditions have been input by the user, the control unit 5063 generates a control signal based on the input by the user. Alternatively, if the endoscope 5001 is equipped with an AE function, an AF function, and an AWB function, the control unit 5063 appropriately calculates the optimal exposure value, focal length, and white balance according to the results of the detection processing by the image processing unit 5061, and generates a control signal.
また、制御部5063は、画像処理部5061によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置5041に表示させる。この際、制御部5063は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部5063は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具5021使用時のミスト等を認識することができる。制御部5063は、表示装置5041に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者5067に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。 The control unit 5063 also displays an image of the surgical site on the display device 5041 based on the image signal that has been image processed by the image processing unit 5061. At this time, the control unit 5063 recognizes various objects within the surgical site image using various image recognition technologies. For example, the control unit 5063 can recognize surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist generated when using the energy treatment tool 5021, and the like, by detecting the shape and color of the edges of objects contained in the surgical site image. When the control unit 5063 displays the image of the surgical site on the display device 5041, it uses the recognition results to superimpose various surgical support information onto the image of the surgical site. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 5067, the surgery can be carried out more safely and reliably.
カメラヘッド5005及びCCU5039を接続する伝送ケーブル5065は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。 The transmission cable 5065 connecting the camera head 5005 and the CCU 5039 is an electrical signal cable for electrical signal communication, an optical fiber for optical communication, or a composite cable of these.
ここで、図示する例では、伝送ケーブル5065を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド5005とCCU5039との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル5065を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル5065によって妨げられる事態が解消され得る。 In the illustrated example, communication is performed wired using the transmission cable 5065, but communication between the camera head 5005 and the CCU 5039 may also be performed wirelessly. If communication between the two is performed wirelessly, there is no need to lay the transmission cable 5065 within the operating room, which can eliminate the situation where the transmission cable 5065 interferes with the movement of medical staff within the operating room.
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム5000の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム5000について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。 The above describes an example of an endoscopic surgery system 5000 to which the technology disclosed herein can be applied. Note that while the endoscopic surgery system 5000 has been described here as an example, systems to which the technology disclosed herein can be applied are not limited to this example. For example, the technology disclosed herein may be applied to flexible endoscope systems for inspection or microsurgery systems.
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、カメラヘッド5005に好適に適用され得る。特に、本開示のズームレンズは、カメラヘッド5005のレンズユニット5007に好適に適用され得る。 The technology disclosed herein can be suitably applied to the camera head 5005 of the configurations described above. In particular, the zoom lens disclosed herein can be suitably applied to the lens unit 5007 of the camera head 5005.
<6.その他の実施の形態>
本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
6. Other embodiments
The technology according to the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible.
例えば、上記一実施の形態および実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。 For example, the shapes and numerical values of each part shown in the above embodiment and examples are merely examples of concrete implementations for implementing this technology, and should not be interpreted in a limiting manner to the technical scope of this technology.
また、上記一実施の形態および実施例では、全体として実質的に4つないし5つの群からなる構成について説明したが、全体として6つ以上の群からなる構成であってもよい。さらに、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた構成であってもよい。 In addition, while the above embodiment and example have been described as consisting essentially of four or five groups overall, the configuration may also consist of six or more groups overall. Furthermore, the configuration may also include a lens that has substantially no refractive power.
また例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
以下の構成の本技術によれば、全体として4つ以上の群で構成し、各群の構成の最適化を図るようにしたので、光学全長が短く、明るく高性能なズームレンズ、および撮像装置を実現可能となる。
For example, the present technology can be configured as follows.
According to the present technology having the following configuration, the overall configuration is four or more groups, and the configuration of each group is optimized, making it possible to realize a bright, high-performance zoom lens and an imaging device with a short overall optical length.
[1]
物体側から像面側に向かって順に、
負の屈折力を有する第1群と、
正の屈折力を有する第2群と、
1または複数のレンズ群を有する中間群と、
3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群と
から構成され、
広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、
前記最終群において、前記3つ以上のレンズ成分は、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、
正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分と
を含む
ズームレンズ。
[2]
前記第2レンズ成分は、物体側に凹面を向けた単レンズである
上記[1]に記載のズームレンズ。
[3]
前記第2レンズ成分の最も物体側の面には、近軸球面に対するサグ量が中心部に比べて周辺部において大きくなるような非球面が形成されている
上記[1]または[2]に記載のズームレンズ。
[4]
前記第3レンズ成分のアッベ数をνd、部分分散比をΘgFとしたとき、
以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[3]のいずれか1つに記載のズームレンズ。
νd>70 ……(1)
0.015<ΔΘgF<0.1 ……(2)
ただし、
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd:前記第3レンズ成分のd線に対する屈折率
ng:前記第3レンズ成分のg線に対する屈折率
nF:前記第3レンズ成分のF線に対する屈折率
nC:前記第3レンズ成分のC線に対する屈折率
とする。
[5]
以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[4]のいずれか1つに記載のズームレンズ。
1.0<BW/fw<2.0 ……(3)
ただし、
BW:広角端におけるバックフォーカス
fw:広角端における全系の焦点距離
とする。
[6]
前記第2群は、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、光軸方向に沿って移動し、最も物体側の面が物体側に凸面を向けており、以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[5]のいずれか1つに記載のズームレンズ。
1.5<R2GF/fw<5 ……(4)
ただし、
R2GF:前記第2群の最も物体側の面の曲率半径
fw:広角端における全系の焦点距離
とする。
[7]
前記第2群は、最も物体側に、以下の条件式を満足するレンズを有する
上記[1]ないし[6]のいずれか1つに記載のズームレンズ。
Nd2G>1.8 ……(5)
ただし、
Nd2G:前記第2群の最も物体側のレンズのd線に対する屈折率
とする。
[8]
前記中間群において最も像面側に配置されたレンズ群は、正の屈折力を有し、望遠端において物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、像面側へ移動する
上記[6]または[7]に記載のズームレンズ。
[9]
ズームレンズと、前記ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、
前記ズームレンズは、
物体側から像面側に向かって順に、
負の屈折力を有する第1群と、
正の屈折力を有する第2群と、
1または複数のレンズ群を有する中間群と、
3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群と
から構成され、
広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、
前記最終群において、前記3つ以上のレンズ成分は、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、
正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分と
を含む
撮像装置。
[10]
実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
上記[1]ないし[8]のいずれか1つに記載のズームレンズ。
[11]
前記ズームレンズは、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
上記[9]に記載の撮像装置。
[1]
From the object side to the image plane side,
a first group having negative refractive power;
a second group having positive refractive power;
an intermediate group having one or more lens groups;
a final group having three or more lens components and having negative refractive power;
When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the spacing between adjacent groups changes,
In the final group, the three or more lens components are
a first lens component having negative refractive power and disposed third from the image plane side;
a second lens component having negative refractive power and disposed second closest to the image plane;
a third lens component having positive refractive power and disposed closest to the image plane side;
[2]
The zoom lens according to the above [1], wherein the second lens component is a single lens having a concave surface facing the object side.
[3]
The zoom lens according to the above [1] or [2], wherein an aspherical surface is formed on the surface of the second lens component closest to the object side, such that the amount of sag with respect to a paraxial spherical surface is larger in the periphery than in the center.
[4]
When the Abbe number of the third lens component is νd and the partial dispersion ratio is ΘgF,
The zoom lens according to any one of the above [1] to [3], which satisfies the following conditional expressions:
νd>70...(1)
0.015<ΔΘgF<0.1...(2)
however,
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd: refractive index of the third lens component for the d-line, ng: refractive index of the third lens component for the g-line, nF: refractive index of the third lens component for the F-line, and nC: refractive index of the third lens component for the C-line.
[5]
The zoom lens according to any one of the above [1] to [4], which satisfies the following conditional expressions:
1.0<BW/fw<2.0...(3)
however,
BW: back focus at the wide-angle end fw: focal length of the entire system at the wide-angle end.
[6]
The zoom lens according to any one of [1] to [5] above, wherein the second group moves along the optical axis direction when focusing from an object distance of infinity to a close distance, the surface closest to the object side is convex toward the object side, and the following conditional expression is satisfied:
1.5<R2GF/fw<5...(4)
however,
R2GF: radius of curvature of the surface of the second lens unit closest to the object side, and fw: focal length of the entire system at the wide-angle end.
[7]
The zoom lens according to any one of [1] to [6] above, wherein the second group has, closest to the object, a lens that satisfies the following conditional expression:
Nd2G>1.8...(5)
however,
Nd2G: the refractive index for the d-line of the lens in the second group closest to the object.
[8]
The zoom lens according to the above [6] or [7], wherein the lens group in the intermediate group that is arranged closest to the image plane has positive refractive power and moves toward the image plane when focusing at the telephoto end, where the object distance is from infinity to a close distance.
[9]
a zoom lens and an imaging element that outputs an imaging signal corresponding to an optical image formed by the zoom lens;
The zoom lens is
From the object side to the image plane side,
a first group having negative refractive power;
a second group having positive refractive power;
an intermediate group having one or more lens groups;
a final group having three or more lens components and having negative refractive power;
When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the spacing between adjacent groups changes,
In the final group, the three or more lens components are
a first lens component having negative refractive power and disposed third from the image plane side;
a second lens component having negative refractive power and disposed second closest to the image plane;
a third lens component having positive refractive power and disposed closest to the image plane side.
[10]
The zoom lens according to any one of the above [1] to [8], further comprising a lens having substantially no refractive power.
[11]
The imaging device according to [9] above, wherein the zoom lens further comprises a lens having substantially no refractive power.
本出願は、日本国特許庁において2020年3月30日に出願された日本特許出願番号第2020-59846号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-59846, filed on March 30, 2020, with the Japan Patent Office, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。 It is understood that those skilled in the art may conceive of various modifications, combinations, subcombinations, and variations depending on design requirements and other factors, and that these are within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (7)
負の屈折力を有する第1群と、
正の屈折力を有する第2群と、
1または複数のレンズ群を有する中間群と、
3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群と
から構成され、
広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、
前記最終群において、前記3つ以上のレンズ成分は、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、
正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分と
を含み、
前記第2レンズ成分は、物体側に凹面を向けた単レンズである
ズームレンズ。 From the object side to the image plane side,
a first group having negative refractive power;
a second group having positive refractive power;
an intermediate group having one or more lens groups;
a final group having three or more lens components and having negative refractive power;
When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the spacing between adjacent groups changes,
In the final group, the three or more lens components are
a first lens component having negative refractive power and disposed third from the image plane side;
a second lens component having negative refractive power and disposed second closest to the image plane;
a third lens component having positive refractive power and disposed closest to the image plane ,
The second lens component is a single lens with a concave surface facing the object side.
Zoom lens.
負の屈折力を有する第1群と、
正の屈折力を有する第2群と、
1または複数のレンズ群を有する中間群と、
3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群と
から構成され、
広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、
前記最終群において、前記3つ以上のレンズ成分は、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、
正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分と
を含み、
前記第2レンズ成分の最も物体側の面には、近軸球面に対するサグ量が中心部に比べて周辺部において大きくなるような非球面が形成されている
ズームレンズ。 From the object side to the image plane side,
a first group having negative refractive power;
a second group having positive refractive power;
an intermediate group having one or more lens groups;
a final group having three or more lens components and negative refractive power;
It consists of
When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the spacing between adjacent groups changes,
In the final group, the three or more lens components are
a first lens component having negative refractive power and disposed third from the image plane side;
a second lens component having negative refractive power and disposed second closest to the image plane;
a third lens component having positive refractive power and disposed closest to the image plane;
Including,
The surface of the second lens component closest to the object side is formed with an aspherical surface such that the amount of sag with respect to the paraxial spherical surface is larger in the periphery than in the center.
Zoom lens.
負の屈折力を有する第1群と、
正の屈折力を有する第2群と、
1または複数のレンズ群を有する中間群と、
3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群と
から構成され、
広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、
前記最終群において、前記3つ以上のレンズ成分は、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、
正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分と
を含み、
前記第3レンズ成分のアッベ数をνd、部分分散比をΘgFとしたとき、
以下の条件式を満足する
ズームレンズ。
νd>70 ……(1)
0.015<ΔΘgF<0.1 ……(2)
ただし、
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd:前記第3レンズ成分のd線に対する屈折率
ng:前記第3レンズ成分のg線に対する屈折率
nF:前記第3レンズ成分のF線に対する屈折率
nC:前記第3レンズ成分のC線に対する屈折率
とする。 From the object side to the image plane side,
a first group having negative refractive power;
a second group having positive refractive power;
an intermediate group having one or more lens groups;
a final group having three or more lens components and negative refractive power;
It consists of
When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the spacing between adjacent groups changes,
In the final group, the three or more lens components are
a first lens component having negative refractive power and disposed third from the image plane side;
a second lens component having negative refractive power and disposed second closest to the image plane;
a third lens component having positive refractive power and disposed closest to the image plane;
Including,
When the Abbe number of the third lens component is νd and the partial dispersion ratio is ΘgF,
The following condition is satisfied:
Zoom lens.
νd>70...(1)
0.015<ΔΘgF<0.1...(2)
however,
ΔΘgF=ΘgF-0.6483+0.001802×νd
Θgf=(ng-nF)/(nF-nC)
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd: refractive index of the third lens component for the d-line, ng: refractive index of the third lens component for the g-line, nF: refractive index of the third lens component for the F-line, and nC: refractive index of the third lens component for the C-line.
負の屈折力を有する第1群と、
正の屈折力を有する第2群と、
1または複数のレンズ群を有する中間群と、
3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群と
から構成され、
広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、
前記最終群において、前記3つ以上のレンズ成分は、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、
正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分と
を含み、
前記第2群は、物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、光軸方向に沿って移動し、最も物体側の面が物体側に凸面を向けており、
前記中間群において最も像面側に配置されたレンズ群は、正の屈折力を有し、望遠端において物体距離が無限遠から近距離へとフォーカシングする際に、像面側へ移動し、
以下の条件式を満足する
ズームレンズ。
1.5<R2GF/fw<5 ……(4)
ただし、
R2GF:前記第2群の最も物体側の面の曲率半径
fw:広角端における全系の焦点距離
とする。 From the object side to the image plane side,
a first group having negative refractive power;
a second group having positive refractive power;
an intermediate group having one or more lens groups;
a final group having three or more lens components and negative refractive power;
It consists of
When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the spacing between adjacent groups changes,
In the final group, the three or more lens components are
a first lens component having negative refractive power and disposed third from the image plane side;
a second lens component having negative refractive power and disposed second closest to the image plane;
a third lens component having positive refractive power and disposed closest to the image plane;
Including,
the second lens unit moves along the optical axis direction during focusing from an object distance of infinity to a close distance, and the surface closest to the object side faces a convex surface toward the object side;
the lens group in the intermediate group that is located closest to the image plane has positive refractive power and moves toward the image plane when focusing from infinity to a close object distance at the telephoto end;
The following condition is satisfied:
Zoom lens.
1.5<R2GF/fw<5...(4)
however,
R2GF: radius of curvature of the surface of the second lens unit closest to the object side, and fw: focal length of the entire system at the wide-angle end.
負の屈折力を有する第1群と、
正の屈折力を有する第2群と、
1または複数のレンズ群を有する中間群と、
3つ以上のレンズ成分を有し、負の屈折力を有する最終群と
から構成され、
広角端から望遠端へとズーミングする際に、隣り合う群同士の間隔が変化し、
前記最終群において、前記3つ以上のレンズ成分は、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて3番目に配置された第1レンズ成分と、
負の屈折力を有し、最も像面側から数えて2番目に配置された第2レンズ成分と、
正の屈折力を有し、最も像面側に配置された第3レンズ成分と
を含み、
前記第2群は、最も物体側に、以下の条件式を満足するレンズを有する
ズームレンズ。
Nd2G>1.8 ……(5)
ただし、
Nd2G:前記第2群の最も物体側のレンズのd線に対する屈折率
とする。 From the object side to the image plane side,
a first group having negative refractive power;
a second group having positive refractive power;
an intermediate group having one or more lens groups;
a final group having three or more lens components and negative refractive power;
It consists of
When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the spacing between adjacent groups changes,
In the final group, the three or more lens components are
a first lens component having negative refractive power and disposed third from the image plane side;
a second lens component having negative refractive power and disposed second closest to the image plane;
a third lens component having positive refractive power and disposed closest to the image plane;
Including,
The second lens unit has, at its most object side, a lens that satisfies the following condition:
Zoom lens.
Nd2G>1.8...(5)
however,
Nd2G: the refractive index for the d-line of the lens in the second group closest to the object.
請求項1ないし5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
1.0<BW/fw<2.0 ……(3)
ただし、
BW:広角端におけるバックフォーカス
fw:広角端における全系の焦点距離
とする。 6. The zoom lens according to claim 1, which satisfies the following condition:
1.0<BW/fw<2.0...(3)
however,
BW: back focus at the wide-angle end fw: focal length of the entire system at the wide-angle end.
撮像装置。 6. A zoom lens according to claim 1 , wherein the zoom lens is an imaging element that outputs an imaging signal corresponding to an optical image formed by the zoom lens.
Imaging device.
Applications Claiming Priority (3)
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