(57)【要約】      （修正有）【課題】ＷＬ−ＣＳＰ構造に起因する収差の影響をより低減させることを可能にする撮像ユニットを提供する。【解決手段】被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（１）を満たす形状となっている。|Ｌ（θ）|≦λ／２ＮＡ２・・・（１）【選択図】図４
2018112677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（１）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数１】
2018112677.tif 000041
【請求項２】
前記画角の最大値をθｍａｘとしたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（２）を満たす形状となっている、
請求項１に記載の撮像ユニット。
【数２】
2018112677.tif 000042
【請求項３】
前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３）を満たす形状となっている、
請求項１に記載の撮像ユニット。
【数３】
2018112677.tif 000043
【請求項４】
前記画角の最大値をθｍａｘ［ｄｅｇ］としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（４）を満たす形状となっている、
請求項３に記載の撮像ユニット。
【数４】
2018112677.tif 000044
【請求項５】
前記レンズ光学系の厚みをｔ［ｍｍ］とし、屈折率をｎとしたときに、以下の式（５）で表される非点収差量ＡＳ（θ）に基づいて前記光路差Ｌ（θ）が補正される、
請求項１に記載の撮像ユニット。
【数５】
2018112677.tif 000045
【請求項６】
前記レンズ光学系の前記被写体側の表面において前記入射光が入射する部分の少なくとも一部は、曲率半径Ｒの凸構造を有する、
請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
前記曲率半径Ｒは、前記レンズ光学系の厚みをｔ［ｍｍ］としたときに、以下の式（６）を満たす、
請求項６に記載の撮像ユニット。
【数６】
2018112677.tif 000046
【請求項８】
前記レンズ光学系の前記被写体側の表面が非球面構造を有する、
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項９】
前記レンズ光学系の前記被写体側の表面が回折構造を有する、
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項１０】
前記レンズ光学系が光学樹脂によって形成される、
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項１１】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（７）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数７】
2018112677.tif 000047
【請求項１２】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差Ｌ（θ）をとし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（８）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数８】
2018112677.tif 000048
【請求項１３】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（９）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数９】
2018112677.tif 000049
【請求項１４】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（１０）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数１０】
2018112677.tif 000050
【請求項１５】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（１１）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数１１】
2018112677.tif 000051
【請求項１６】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（１２）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数１２】
2018112677.tif 000052
【請求項１７】
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（１３）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数１３】
2018112677.tif 000053
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像ユニットおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パッケージの小型化および薄型化が可能であり、製造コストの観点でも優れている等の理由で、撮像ユニットの構造として、ＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）が採用されることが多い。ＷＬ−ＣＳＰは、撮像素子が形成されたウエハにレンズ光学系（カバーガラス等）を接着させた上で、レンズ光学系が設けられたウエハを個片化させるという製造工程を経るため、カバーガラスが撮像素子に固定され、カバーガラスと撮像素子との間に空気層が存在しない構造を有する。以下の特許文献１には、ＷＬ−ＣＳＰにおける撮像素子とカバーガラスとの間に、所定の比重を有する膜と透明樹脂とが充填される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７５４６５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Warren  J.Smith,“Modern  Optical  Engineering”,（米）, McGraw-Hill Education,2007,p.103
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記特許文献１に開示されている技術を含む既存技術では、撮像素子に固定されたカバーガラスにより生じる収差の影響を低減させることが困難であった。例えば、光が撮像ユニットに入射し、カバーガラスを透過して、カバーガラスと撮像素子との間に位置する結像面に結像する場合、カバーガラスが厚くなるほどカバーガラスにより生じる収差の影響が大きくなるため、撮像画像の品質が低下する。
【０００６】
また、撮像ユニットにおいて、カバーガラスより被写体側に設けられる撮像光学系（例えば、結像レンズ等）の形状、材質等を変更することによって収差を補正することも考えられるが、カバーガラスが厚くなるほど収差の補正は困難になる。
【０００７】
そこで、本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、本開示は、ＷＬ−ＣＳＰ構造に起因する収差の影響をより低減させることが可能な、撮像ユニットおよび電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（１）を満たす形状となっている、撮像ユニットが提供される。
【数１】
2018112677.tif 000003
【０００９】
また、本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（２）を満たす形状となっている、撮像ユニットが提供される。
【数２】
2018112677.tif 000004
【００１０】
また、本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差Ｌ（θ）をとし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３）を満たす形状となっている、撮像ユニットが提供される。
【数３】
2018112677.tif 000005
【００１１】
また、本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（４）を満たす形状となっている、撮像ユニットが提供される。
【数４】
2018112677.tif 000006
【００１２】
また、本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（５）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器が提供される。
【数５】
2018112677.tif 000007
【００１３】
また、本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（６）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器が提供される。
【数６】
2018112677.tif 000008
【００１４】
また、本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（７）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器が提供される。
【数７】
2018112677.tif 000009
【００１５】
また、本開示によれば、被写体の像が結像する撮像素子と、前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（８）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器が提供される。
【数８】
2018112677.tif 000010
【００１６】
本開示によれば、被写体側に位置するレンズ光学系の表面形状が、上記のような所定の形状を有していることで、ＷＬ−ＣＳＰ構造に起因する収差が補正される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本開示によれば、ＷＬ−ＣＳＰ構造に起因する収差の影響をより低減させることが可能になる。
【００１８】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示に係る撮像ユニットの構成を示す図である。
【図２】カバーガラスが撮像素子に備えられない場合における結像レンズから結像面までの光路長を示す図である。
【図３】平らなカバーガラスが撮像素子に備えられる場合における結像レンズから結像面までの光路長を示す図である。
【図４】曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラスが撮像素子に備えられる場合における結像レンズから結像面までの光路長を示す図である。
【図５】各曲率半径Ｒにおいて、入射光の画角θと光路差の二乗との関係を示す図である。
【図６】カバーガラスが設けられていない場合におけるＭＴＦを示すグラフである。
【図７】平らなカバーガラスが設けられた場合におけるＭＴＦを示すグラフである。
【図８】第１の実施例に係る曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラスが設けられた場合におけるＭＴＦを示すグラフである。
【図９】第２の実施例に係る撮像ユニットがスマートフォン等の電子機器に使用された場合におけるカバーガラスの板厚と曲率半径の関係を示す図である。
【図１０】非球面構造を有するカバーガラスが撮像素子に固定されている場合における結像レンズから結像面までの光路長を示す図である。
【図１１】球面形状を有するカバーガラスと非球面形状を有するカバーガラスにおける、入射光の画角θと光路差の二乗との関係を示す図である。
【図１２】第４の実施例において、入射光の画角θと光路差の二乗との関係を示す図である。
【図１３】本開示に係る撮像ユニットを備える電子機器の機能構成を示す図である。
【図１４】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【図１６】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図１７】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１８】体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．開示の概要
２．第１の実施例
３．第２の実施例
４．第３の実施例
５．第４の実施例
６．本開示に係る撮像ユニットを備える電子機器の機能構成
７．移動体への応用例
８．内視鏡手術システムへの応用例
９．体内情報取得システムへの応用例
１０．備考
１１．むすび
【００２２】
＜１．開示の概要＞
（１−１．撮像ユニット１０の概要）
まず、図１を参照して、本開示に係る撮像ユニット１０の概要について説明する。図１は、本開示に係る撮像ユニット１０の構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、本開示に係る撮像ユニット１０は、レンズ光学系の一例であるカバーガラス１１と、撮像素子１２と、撮像光学系の一例である結像レンズ１３と、少なくとも備える。撮像ユニット１０は、入射した光を結像レンズ１３およびカバーガラス１１により結像面に結像させることで、撮像素子１２により、入射光の輝度分布を表す撮像画像データを生成する。本開示に係る撮像ユニット１０は、スマートフォン、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ等の電子機器に使用することが可能である。しかし、これらの適用例はあくまで一例であり、本開示に係る撮像ユニット１０は様々な用途または装置に使用することが可能である。
【００２４】
また、本開示におけるカバーガラス１１および撮像素子１２は、ＷＬ−ＣＳＰ構造を有している。すなわち、カバーガラス１１および撮像素子１２は、複数の撮像素子１２が形成されたウエハの状態の半導体基板上に光透過性基板（カバーガラス１１の元となる基板）が固定された後に個片化されることで製造された、パッケージである。ＷＬ−ＣＳＰは、ウエハの状態で一括処理が行われることにより、パッケージの小型化および薄型化が可能であり、製造コストの観点でも優れている。
【００２５】
カバーガラス１１は、上記光透過性基板が個片化されることによって構築された構成であり、入射光を透過させる。そして、カバーガラス１１は、撮像素子１２よりも被写体側に位置することで、入射光を透過させ、カバーガラス１１と撮像素子１２との間に位置する結像面に、入射光を結像させる。すなわち、カバーガラス１１は、撮像素子１２に結像させたい光が属する波長帯域の光を透過させることが可能な材質（着目する波長帯域において透明とみなすことが可能な材質）で形成されている。また、ＷＬ−ＣＳＰの製造工程上、カバーガラス１１は撮像素子１２に固定された状態であり、カバーガラス１１と撮像素子１２の間は中空状態となっていない。
【００２６】
撮像素子１２は、結像レンズ１３およびカバーガラス１１を透過して結像面に結像した入射光を受光して光電変換することにより、入射光に対応した撮像画像データを生成する。すなわち、かかる撮像素子１２は、着目する入射光を検出可能な半導体からなる半導体基板で形成されている。例えば、着目する入射光の波長帯域が、いわゆる可視光帯域である場合、かかる撮像素子１２としては、例えばＢａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能な撮像素子等が用いられる。かかる撮像素子１２は、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ又はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等、各種の公知の素子であってよい。
【００２７】
結像レンズ１３は、撮像ユニット１０に入射した入射光を透過させて、透過した入射光を結像面に結像させる。ここで、図１には、結像レンズ１３として単数のレンズが示されているが、これはあくまで一例であり、結像レンズ１３は複数のレンズの集合体であってもよい。なお、図１には、凸形状を有した結像レンズ１３が示されているが、これはあくまで一例であり、凹形状を有した結像レンズ１３や非球面構造を有する結像レンズ１３等、結像レンズ１３の形状は任意である。また、結像レンズ１３の材質や、焦点距離等についても、特に限定されるものではない。
【００２８】
（１−２．背景）
上記では、本開示に係る撮像ユニット１０の概要について説明した。続いて、本開示の背景について説明する。
【００２９】
近年、パッケージの小型化および薄型化が可能であり、かつ、製造コストの観点でも優れている等の理由で、撮像ユニットの構造として、ＷＬ−ＣＳＰが採用されることが多い。上記のとおり、ＷＬ−ＣＳＰは、製造工程上、カバーガラスが撮像素子に固定化されて、一体化された構造を有する。
【００３０】
そのため、光が撮像ユニットに入射し、カバーガラスを透過して、カバーガラスと撮像素子との間に位置する結像面に結像する場合、カバーガラスが厚くなるほどカバーガラスにより生じる収差の影響が大きくなるため、撮像画像の品質が低下する。より具体的に説明すると、ＷＬ−ＣＳＰのようにカバーガラスが撮像素子に固定されて存在する場合、理想レンズとの光路差が、カバーガラスが厚くなるほど大きくなるため、カバーガラスにより生じる収差（球面収差等）の影響が大きくなる。そして、収差の影響が大きくなると、ピントずれ、滲み等の像の乱れが生じ、撮像画像の品質が低下する。
【００３１】
また、結像レンズの形状及び材質の少なくとも何れかを変更することによって収差補正を行うことも考えられるが、カバーガラスが厚くなるほど、当該収差補正は困難になる場合がある。
【００３２】
本件の開示者は、上記事情に着眼して本開示を創作するに至った。本開示に係る撮像ユニット１０においては、カバーガラス１１の画角θごとの理想レンズとの光路差が焦点深度以下になるような形状のカバーガラス１１が用いられる。これによって、本開示に係る撮像ユニット１０は、収差を補正することができ、撮像画像の品質を向上させることができる。以降では、本開示の実施例、本開示に係る撮像ユニット１０を備える電子機器の機能構成、応用例等について順次説明する。
【００３３】
＜２．第１の実施例＞
上記では、本開示の背景について説明した。続いて、本開示の第１の実施例について説明する。
【００３４】
まず、図２〜図４を参照して、カバーガラス１１により生じる収差の影響について説明する。図２は、カバーガラス１１が撮像素子１２に場合における結像レンズ１３から結像面までの光路長Ｌを示す図である。
【００３５】
図２に示したように、結像レンズ１３の射出瞳距離をＤ［ｍｍ］とし、かかる結像レンズ１３に対して、所定波長の光が画角θ［ｄｅｇ］で入射した場合を考える。この際、結像レンズ１３から所定の結像面までの光路長Ｌは、以下の式（９）で簡易的に表される。なお、本明細書において、画角θとは、カバーガラス１１の光軸に対する入射光の方向をいい、図２に示したように、光軸方向と入射光の進行方向とのなす角で表される。
【００３６】
【数９】
2018112677.tif 000011
【００３７】
続いて、図３について説明する。図３は、平らなカバーガラス１１が撮像素子１２に備えられる場合における結像レンズ１３から結像面までの光路長Ｌ’を模式的に示す図である。図３には、板厚がｔであり屈折率がｎである平らなガラス板がカバーガラス１１として撮像素子１２に備えられる場合の光路長Ｌ’が示されている。
【００３８】
図３において、カバーガラス１１の板厚ｔは、空気間距離に換算されるとｔ／ｎと表される。したがって、カバーガラス１１が設けられることにより発生するピントずれを補正する際に考慮すべき結像レンズ１３とカバーガラス１１との間の距離は、Ｄ−ｔ／ｎとなる。ここで、入射光が画角θで入射した場合、スネルの法則により画角θと屈折角θ’との関係は、ｓｉｎθ＝ｎ×ｓｉｎθ’で表される。したがって、図３のように平らなガラス板がカバーガラス１１として撮像素子１２に備えられる場合に、画角θで入射した光線の、結像レンズ１３から結像面までの光路長Ｌ’は、以下の式（１０）で簡易的に表される。
【００３９】
【数１０】
2018112677.tif 000012
【００４０】
式（９）と式（１０）を比較することで明らかなように、平らなカバーガラス１１の影響で光路長が変化し、収差が発生する。言い換えると、式（１０）で表されるＬ’から式（９）で表されるＬを引いて得られる値が、平らなカバーガラス１１が備えられることで生ずる光路差となり、この光路差に起因して、収差が発生する。
【００４１】
続いて、図４について説明する。図４は、曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラス１１が撮像素子１２に備えられる場合における結像レンズ１３から結像面までの光路長を示す図である。図４に示すように、結像レンズ１３の光学中心を原点とした場合に、入射光とカバーガラス１１との交点座標は、曲率半径Ｒの関数として、（ｘ’（Ｒ），ｙ’（Ｒ））と表される。また、カバーガラス１１の曲率中心と交点座標を結ぶ直線と光軸がなす角度を、曲率半径Ｒの関数としてφ（Ｒ）とし、同様に、カバーガラス１１表面における屈折角をθ”（Ｒ）とする。このとき、画角θで入射した光線の、結像レンズ１３から結像面までの光路長Ｌ”は、以下の式（１１）で簡易的に表される。
【００４２】
【数１１】
2018112677.tif 000013
【００４３】
式（１１）で表されるＬ”から式（９）で表されるＬを引いて得られる値が、曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラス１１が備えられることで生ずる光路差となり、この光路差に起因する収差が発生することになる。なお、上記式（１１）に示すように、射出瞳距離Ｄ、カバーガラス１１の板厚ｔおよび屈折率ｎが固定値である場合に、それ以外の各値は曲率半径Ｒを変数とする関数で表される。従って、式（１１）で与えられる光路差Ｌ”も、カバーガラス１１の表面形状に由来する曲率半径Ｒの関数となる。
【００４４】
本実施例に係る撮像ユニット１０においては、式（１１）で表されるＬ”から式（９）で表されるＬを引いて得られる光路差が、各画角θにおいて、焦点深度以下となるような曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラス１１が採用される。ここで、結像レンズ１３の開口数をＮＡとし、入射光の波長をλ［ｎｍ］とした場合、焦点深度Ｄｆは、以下の式（１２）で表される。
【００４５】
【数１２】
2018112677.tif 000014
【００４６】
すなわち、本実施例では、以下の式（１３）の関係が満たされるように、結像レンズ１３側のカバーガラス１１の形状（換言すれば、レンズ光学系を構成するレンズ等の光学素子のうち、最も被写体側に位置するレンズの形状）が規定される。ここで、｜Ｄｉｆｆ（θ，Ｒ）｜は光路差を示す。
【００４７】
【数１３】
2018112677.tif 000015
【００４８】
焦点深度Ｄｆとは、実用上、鮮明な像が結ばれているとみなされる光軸方向の許容範囲であるため、本実施例のように、各画角θにおける光路差が焦点深度Ｄｆ以下になることによって、光がいずれの画角θで入射しても鮮明に結像することになる。すなわち、本実施例の方法により、カバーガラス１１により生じる収差を補正することができ、撮像画像の品質の向上させることができる。
【００４９】
ここで、一例として、本実施例の撮像ユニット１０がスマートフォン等の電子機器に使用される場合について考える。スマートフォン等の電子機器に搭載される撮像ユニット１０のＦ値は、一般的に２．０程度である。従って、撮像ユニット１０を構成する結像レンズ１３のＦ値が２．０であるとすると、以下の式（１４）により、結像レンズ１３の開口数ＮＡは０．２５となる（式中には、Ｆ値を「Ｆ」と記載）。
【００５０】
【数１４】
2018112677.tif 000016
【００５１】
また、スマートフォン等の電子機器は基本的に可視光の撮像を行う。ここで、検出される入射光の波長λが一般的な可視光の波長帯域の中央値であるとし、当該中央値が約５５０［ｎｍ］としたとき、式（１２）に基づいて焦点深度Ｄｆは４．４［μｍ］となる。すなわち、本実施例の撮像ユニット１０がスマートフォン等の電子機器に使用される場合、光路差は、式（１３）に基づいて４．４［μｍ］以下となっていることが望ましい。
【００５２】
また、上記のような球面収差の影響を考慮するだけでなく、更に非点収差の影響を考慮して光路差が算出されてもよい。より具体的に説明すると、実際の光学系では非点収差の影響により、サジタル方向の光路長とタンジェンシャル方向の光路長との差によって光路差が生じ得る。ここで、上記の非特許文献１（Warren  J.Smith「Modern  Optical  Engineering」２００７年）には、屈折率をｎとし、厚みをｔとする平らなガラス板に画角θで入射した光線の非点収差量ＡＳ（θ）は以下の式（１５）で表されることが開示されている。
【００５３】
【数１５】
2018112677.tif 000017
【００５４】
本実施例において、式（１５）のＡＳ（θ）に基づいて得られた値が式（１３）に適用されてもよい。例えば、式（１５）のＡＳ（θ）を２で除算して得られた値を式（１３）の光路差から減算することで、非点収差を考慮した光路差が算出されてもよい。すなわち、以下の式（１６）によってカバーガラス１１の形状が求められてもよい。これによって、撮像ユニット１０は、球面収差のみならず非点収差をも含めて収差を補正することができ、撮像画像の品質をより向上させることができる。なお、式（１６）はあくまで一例であるため、適宜変更されてもよい。例えば、カバーガラス１１の表面形状に基づいて非点収差量ＡＳを算出する数式（すなわち、上記式（１５））が適宜変更されてもよい。
【００５５】
【数１６】
2018112677.tif 000018
【００５６】
なお、撮像ユニット１０は、上記の式（１３）または式（１６）を満たすことによって十分な品質の撮像画像を生成することができるが、理想レンズとの光路差が可能な限り小さくなるようなカバーガラス１１が使用されることがより好ましい。ここで、図５を参照して、理想レンズとの光路差を可能な限り小さくすることができるカバーガラス１１の曲率半径Ｒについて説明する。
【００５７】
図５は、射出瞳距離Ｄを４．０[ｍｍ]とし、屈折率ｎを１．５とし、板厚ｔを０．２[ｍｍ]とした条件下で、光路差の二乗で与えられる値が入射光の画角θ毎に示された図である。各変数の値は、スマートフォン、デジタルカメラ等の小型の撮像デバイスを備えた電子機器が想定された値である。
【００５８】
図５に示すように、カバーガラス１１の曲率半径Ｒが無限大（図中には「ＩＮＦ」と記載）である場合（すなわちカバーガラス１１が平らな板状である場合）、曲率半径Ｒが他の値である場合に比べて光路差が大きくなる。光路差は、曲率半径Ｒが無限大から小さくなるにつれて小さくなり、曲率半径Ｒが５０．７[ｍｍ]であるときに最小となり、曲率半径Ｒが５０．７[ｍｍ]よりも小さくなると、再び大きくなる。すなわち、各変数が上記の条件である場合には、曲率半径Ｒが５０．７[ｍｍ]のカバーガラス１１が採用されることがより好ましい。
【００５９】
続いて、図６〜図８を参照して、撮像ユニット１０のデフォーカス変調伝達関数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ)の特性について説明する。図６〜図８の横軸はデフォーカス量を示しており、縦軸はＭＴＦの強度を示している。また、図６〜図８には、一例として、入射光の画角θを０[ｄｅｇ]としたときと３０[ｄｅｇ]としたときにおけるＭＴＦが示されている。なお、入射光の画角θを３０[ｄｅｇ]としたときにおいては、サジタル方向のＭＴＦおよびタンジェンシャル方向のＭＴＦが示されている。
【００６０】
まず、図６について説明する。図６は、カバーガラス１１が備えられていない場合におけるＭＴＦを示すグラフである。図６に示すように、カバーガラス１１が備えられていない状態で収差が補正されている撮像ユニット１０の場合、デフォーカスが０のときに各画角θのＭＴＦが良好な値を示している。
【００６１】
続いて図７について説明する。図７は、平らなカバーガラス１１が備えられた場合におけるＭＴＦを示すグラフである。図７に示すように、平らなカバーガラス１１が備えられた場合には、入射光の画角θが０［ｄｅｇ］であるときのＭＴＦは良好な値を示すが、入射光の画角θが３０［ｄｅｇ］のときのＭＴＦは劣化する。より具体的に説明すると、入射光の画角θが３０［ｄｅｇ］のとき、ＭＴＦのピーク位置が移動することでデフォーカスが０のときのＭＴＦが低くなる。
【００６２】
続いて図８について説明する。図８は、第１の実施例に係る曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラス１１（一例として、曲率半径Ｒを５０．７[ｍｍ]としたときのカバーガラス１１）が備えられた場合におけるＭＴＦを示すグラフである。図８に示すように、本実施例に係る曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラス１１が備えられた場合には、入射光の画角θが０［ｄｅｇ］であるときのＭＴＦが良好な値を示すだけでなく、入射光の画角θが３０［ｄｅｇ］のときのＭＴＦの劣化が低減される。より具体的に説明すると、入射光の画角θが３０［ｄｅｇ］のとき、ＭＴＦのピーク位置の移動量が図７に示した例に比べて少ないため、デフォーカスが０のときのＭＴＦが高く保たれる。
【００６３】
＜３．第２の実施例＞
上記では、本開示の第１の実施例について説明した。続いて、本開示の第２の実施例について説明する。
【００６４】
第１の実施例では、各画角θにおける理想レンズとの光路差が焦点深度Ｄｆ以下となるようにカバーガラス１１の曲率半径Ｒが決められていた。一方、第２の実施例では、各画角θにおける理想レンズとの光路差の平均値が焦点深度Ｄｆ以下となるように曲率半径Ｒが決められる。すなわち、第２の実施例では、以下の式（１７）もしくは式（１８）が満たされる。なお、式（１８）は、第１の実施例と同様に、非点収差（上記式（１５）のＡＳ（θ））の影響が考慮された場合の条件式である。式（１８）によって、撮像ユニット１０は、非点収差を含めた収差を補正することができ、撮像画像の品質をより向上させることができる。
【００６５】
【数１７】
2018112677.tif 000019
【００６６】
【数１８】
2018112677.tif 000020
【００６７】
特に式（１８）については、第１の実施例に係る式（１６）よりも成立条件を緩和させた上で、十分な結像性能を実現することができる。換言すると、一部の画角θにおいて理想レンズとの光路差が焦点深度Ｄｆより大きくなったとして、各画角θにおける理想レンズとの光路差の平均値が焦点深度Ｄｆ以下となれば、式（１８）が満たされるため、十分な結像性能を実現することができる。
【００６８】
なお、第２の実施例に係る撮像ユニット１０がスマートフォン等の電子機器に使用された場合を考えると、第１の実施例と同様に、当該電子機器のＦ値を２．０とし、入射光の波長λを５５０［ｎｍ］としたとすると、各画角θにおける理想レンズとの光路差の平均値は４．４［μｍ］以下となっていることが望ましい。
【００６９】
また、スマートフォン等の電子機器に搭載される撮像ユニット１０の画角θは一般的に８０．０[ｄｅｇ]以下であり、カバーガラス１１の屈折率ｎは１．５であり、焦点距離は一般的に４．０[ｍｍ]であるとする。ここで、焦点距離と射出瞳距離Ｄが同一であるとみなす。そして、これらの各パラメータを式（１８）に入力することによって、図９に示すような、曲率半径Ｒおよび板厚ｔを変数とする曲線が算出される。なお、図９には、式（１８）の最大条件を示す曲線と、式（１８）の最小条件を示す曲線が示されている。図９に示すように、板厚ｔによって適した曲率半径Ｒが変化する。
【００７０】
さらに、図９における式（１８）の最大条件を示す曲線と式（１８）の最小条件を示す曲線のそれぞれに対して線形近似を行うことによって以下の式（１９）が導き出される（図９中にも、式（１９）を示している）。
【００７１】
【数１９】
2018112677.tif 000021
【００７２】
以上から、式（１９）を満たした撮像ユニット１０は、スマートフォン等の電子機器に使用された場合に、カバーガラス１１による収差を適切に補正することで、撮像画像の品質を向上させることができる。
【００７３】
＜４．第３の実施例＞
上記では、本開示の第２の実施例について説明した。続いて、本開示の第３の実施例について説明する。
【００７４】
第１の実施例および第２の実施例においては、曲率半径Ｒの球面形状を表面に有するカバーガラス１１が用いられていた。すなわち、球面レンズであるカバーガラス１１が用いられていた。一方、以下の第３の実施例では、カバーガラス１１が非球面レンズである場合について説明する。
【００７５】
ここで、図１０を参照して、第３の実施例についてより具体的に説明する。図１０は、非球面構造を有するカバーガラス１１が撮像素子１２に固定されている場合における結像レンズ１３から結像面までの光路長を示す図である。
【００７６】
ここで、非球面構造を有するレンズとしてよく知られている一般的な偶数次非球面レンズ表面の形状は以下の式（２０）で表される。なお、式（２０）における△ｘは非球面頂点からの光軸方向のずれ量であり、ｃは非球面レンズ（カバーガラス１１）の曲率半径Ｒの逆数であり、ｋはコーニック定数であり、αｉは非球面係数である。
【００７７】
【数２０】
2018112677.tif 000022
【００７８】
ここで、例えば、コーニック定数ｋが０であり、４次の非球面係数がα４であり、４次の非球面係数がα６であると仮定すると、図１０における入射光とカバーガラス１１との交点座標（△ｘ’，ｙ’）は、以下の式（２１）および式（２２）の連立方程式によって算出される。
【００７９】
【数２１】
2018112677.tif 000023
【００８０】
【数２２】
2018112677.tif 000024
【００８１】
式（２１）および式（２２）の連立方程式の解となる交点座標を（△ｘ’（Ｒ，α４，α６），ｙ’（Ｒ，α４，α６））とし、交点座標の法線ベクトルとｘ軸とがなす角度をφ’とすると、法線ベクトルと光線とがなす角度はθ＋φ’となるため、光線の屈折角θ”は、スネルの法則によりｓｉｎ（θ＋φ’）＝ｎ・ｓｉｎθ”と表される。以上より、上記の式（１１）と同様の方法で、光路長を算出することができる。
【００８２】
ここで、図１１を参照して、カバーガラス１１の表面を非球面形状にすることによる効果について説明する。図１１は、カバーガラス１１の表面が球面形状である場合と非球面形状である場合それぞれにおける、入射光の画角θと光路差の二乗との関係を示す図である。なお、球面形状を有するカバーガラス１１においては、射出瞳距離Ｄを４．０[ｍｍ]とし、屈折率ｎを１．５とし、板厚ｔを０．２[ｍｍ]とし、曲率半径Ｒを５０．８[ｍｍ]とした条件下で作図されており、非球面形状を有するカバーガラス１１においては、４次の非球面係数α４を３×１０−４とし、６次の非球面係数α６を５×１０−５とした条件下で作図されている。
【００８３】
また、第３の実施例においても、第１の実施例と同様に、非点収差の影響が考慮されてもよい。より具体的に説明すると、本実施例において、上記式（１５）のＡＳ（θ）に基づいて、第１の実施例と同様の方法で、非点収差を考慮した光路差が算出されてもよい。これによって、撮像ユニット１０は、非点収差を含めて収差を補正することができ、撮像画像の品質をより向上させることができる。なお、図１１には、非点収差の影響が考慮された場合の例が示されている。
【００８４】
図１１に示す例では、球面形状を有するカバーガラス１１よりも非球面形状を有するカバーガラス１１の方が、理想レンズとの光路差をより低減させていることがわかる。すなわち、第３の実施例に係る撮像ユニット１０は、カバーガラス１１の表面形状を非球面形状にすることによって、カバーガラス１１によって生じる収差の影響をより低減させることができる場合がある。
【００８５】
＜５．第４の実施例＞
上記では、本開示の第３の実施例について説明した。続いて、本開示の第４の実施例について説明する。
【００８６】
上記の第１の実施例〜第３の実施例においては、結像レンズ１３による収差の影響が考慮されていなかった。すなわち、結像レンズ１３が無収差レンズであるという前提であった。一方、第４の実施例では、結像レンズ１３による収差の影響が考慮される。
【００８７】
より具体的に説明すると、結像レンズ１３の画角θごとの理想レンズとの光路差を算出し、当該光路差が上記の式（１３）または式（１７）に用いられてもよい。なお、結像レンズ１３の画角θごとの理想レンズとの光路差の算出方法は任意である。例えば、結像レンズ１３の画角θごとの理想レンズとの光路差は、結像レンズ１３の設計データに基づいて算出されてもよいし、実測値によって求められてもよい。
【００８８】
以下の式（２３）は、結像レンズ１３の画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、当該ｆ（θ）が式（１３）に適用された場合の関係式である。
【００８９】
【数２３】
2018112677.tif 000025
【００９０】
以下の式（２４）は、ｆ（θ）が式（１７）に適用された場合の関係式である。
【００９１】
【数２４】
2018112677.tif 000026
【００９２】
第３の実施例は、カバーガラス１１による収差だけでなく結像レンズ１３による収差も考慮し、これらの収差を適切に補正することで、撮像画像の品質を向上させることができる。
【００９３】
次いで、結像レンズ１３による収差も考慮される場合において最適な曲率半径Ｒについて説明する。図１２は、第４の実施例において、入射光の画角θと光路差の二乗との関係を示す図である。図１２においては、射出瞳距離Ｄを４．０[ｍｍ]とし、屈折率ｎを１．５とし、板厚ｔを０．２[ｍｍ]とした条件下で作図されている。
【００９４】
ここで、結像レンズ１３が無収差レンズでない場合、すなわち、結像レンズ１３による収差が良好に補正されていない場合、結像レンズ１３による像面湾曲の程度は、入射光の画角θの二乗に比例する。図１２においては、一例として、結像レンズ１３の画角θごとの理想レンズとの光路差ｆ（θ）が以下の式（２５）を満たすと仮定している。
【００９５】
【数２５】
2018112677.tif 000027
【００９６】
また、第４の実施例においても、第１の実施例と同様に、非点収差の影響が考慮されてもよい。より具体的に説明すると、本実施例において、上記式（１５）のＡＳ（θ）に基づいて、第１の実施例と同様の方法で、非点収差を考慮した光路差が算出されてもよい。これによって、撮像ユニット１０は、非点収差を含めて収差を補正することができ、撮像画像の品質をより向上させることができる。なお、図１２には、非点収差の影響が考慮された場合の例が示されている。
【００９７】
図１２に示すように、結像レンズ１３を無収差レンズとした場合に（第１の実施例において）最適であった曲率半径５０．７[ｍｍ]における理想レンズとの光路差は大きくなる。一方で、曲率半径Ｒを３３．０[ｍｍ]としたときに最小となる。すなわち、各変数が上記の条件である場合には、曲率半径Ｒが３３．０[ｍｍ]のカバーガラス１１が採用されることがより好ましい。
【００９８】
＜６．本開示に係る撮像ユニットを備える電子機器の機能構成＞
上記では、本開示の第４の実施例について説明した。続いて、図１３を参照して、本開示に係る撮像ユニット１０が使用されたスマートフォン等の電子機器１００の機能構成について説明する。図１３は、本開示に係る撮像ユニット１０を備える電子機器１００の機能構成を示す図である。
【００９９】
図１３に示すように、本開示に係る電子機器１００は、撮像ユニット１０と、入力情報取得部２０と、表示制御部３０と、記憶部４０と、制御部５０と、を備える。
【０１００】
（撮像ユニット１０）
撮像ユニット１０は、上記のような特徴および機能を有しており、カバーガラス１１の形状によって収差が補正されることで良好な撮像画像データを生成することができる。撮像ユニット１０は、生成した撮像画像データを後述する制御部５０へ提供する。かかる撮像ユニット１０の構成は、先だって説明した通りであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１０１】
（入力情報取得部２０）
入力情報取得部２０は、電子機器１００のユーザによる入力のために使用されるインタフェースである。例えば、入力情報取得部２０は、ボタン、タッチパネル、キーボード、マイク、ポインティングデバイス等を備え、ユーザはこれらの機器を使用して電子機器１００へ入力を行う。入力情報取得部２０は、ユーザによって入力された情報を後述する制御部５０へ提供する。なお、入力情報取得部２０は、ボタン等を備える外部機器からの入力情報を取得し、当該入力情報を制御部５０へ提供してもよい。
【０１０２】
（表示制御部３０）
表示制御部３０は、各種情報の表示を制御する。具体的には、表示制御部３０は、ディスプレイ等の表示機器を備え、各種情報を画像、テキスト、グラフなどの多様な形式で表示する。なお、表示制御部３０は、ディスプレイ等を備える外部機器に対して、表示のための制御情報を送信することで、表示を実現してもよい。
【０１０３】
（記憶部４０）
記憶部４０は、後述する制御部５０が各種制御処理を実施するに際して参照可能な、各種のパラメータ及びデータベース、並びに、各種のプログラム等を記憶する。また、かかる記憶部４０は、制御部５０によって各種制御処理が実施される際に生成される一時的なデータや各種の履歴情報等を格納してもよい。制御部５０は、記憶部４０に対して、自由にデータのリード／ライト処理を実施することが可能である。記憶部４０は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ装置等により実現される。
【０１０４】
（制御部５０）
制御部５０は、電子機器１００における各種処理を制御する。例えば、制御部５０は、ユーザによって入力された情報に基づいて撮像ユニット１０による撮像処理を制御し、表示制御部３０による撮像画像の表示処理を制御する。当該処理はあくまで一例であり、制御部５０は、その他の各種処理を適宜制御してもよい。なお、制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等によって実現される。
【０１０５】
なお、図１３の機能構成はあくまで一例であり、本開示に係る電子機器１００が有する機能構成は適宜変更されてもよい。また、電子機器１００の機能の一部が、制御部５０によって具現されてもよい。例えば、制御部５０が撮像ユニット１０、入力情報取得部２０、表示制御部３０または記憶部４０の機能の一部を具現してもよい。
【０１０６】
＜７．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）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、ロボット等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。
【０１０７】
図１４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の概略的な構成例を示すブロック図である。
【０１０８】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１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１４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【０１０９】
駆動系制御ユニット１２０１０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１２０１０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。
【０１１０】
ボディ系制御ユニット１２０２０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１２０２０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１２０２０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１２０２０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。
【０１１１】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００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１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、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。
【０１１２】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１１３】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１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。
【０１１４】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で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１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１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うことができる。
【０１１５】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で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うことができる。
【０１１６】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０１１７】
音声画像出力部１２０５２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１４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２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。
【０１１８】
図１５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１１９】
図１５では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１２０】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００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等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１２１０１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１２１０５は、主として車両１２１００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１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００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１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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。
【０１２１】
なお、図１５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４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１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１２２】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１２３】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように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うことができる。
【０１２４】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１２５】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１２６】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、本実施形態に係る撮像ユニット１０は、撮像部１２０３１に適用され得る。撮像ユニット１０が撮像部１２０３１に適用されることにより、収差が適切に補正された品質の高い撮像画像の生成が可能になる。
【０１２７】
＜８．内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１２８】
図１６は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【０１２９】
図１６では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２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１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０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１１２００と、から構成される。
【０１３０】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０１３１】
鏡筒１１１０１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１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１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１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００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。
【０１３２】
カメラヘッド１１１０２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）１１２０１に送信される。
【０１３３】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、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。
【０１３４】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１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。
【０１３５】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【０１３６】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００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、内視鏡１１１００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等を入力する。
【０１３７】
処置具制御装置１１２０５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１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００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１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７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１１２０８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。
【０１３８】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３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することができる。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１１２０３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１１１０２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。
【０１３９】
また、光源装置１１２０３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１１１０２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。
【０１４０】
また、光源装置１１２０３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こと（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こと等を行うことができる。光源装置１１２０３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。
【０１４１】
図１７は、図１６に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０１４２】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【０１４３】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１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。
【０１４４】
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）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てもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１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１１４０２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１１４０１も複数系統設けられ得る。
【０１４５】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０１４６】
駆動部１１４０３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１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１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１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０１４７】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１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１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【０１４８】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。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。
【０１４９】
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、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、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１１１００に搭載されていることになる。
【０１５０】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【０１５１】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２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１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【０１５２】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【０１５３】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２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。
【０１５４】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる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１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０１５５】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像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１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像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てもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０１５６】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００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。
【０１５７】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０１５８】
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の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２等に適用され得る。具体的には、本実施形態に係る撮像ユニット１０は、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。撮像ユニット１０がカメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用されることにより、収差が適切に補正された品質の高い撮像画像の生成が可能になる。
【０１５９】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【０１６０】
＜９．体内情報取得システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１６１】
図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【０１６２】
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
【０１６３】
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
【０１６４】
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
【０１６５】
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
【０１６６】
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
【０１６７】
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
【０１６８】
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
【０１６９】
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
【０１７０】
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
【０１７１】
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
【０１７２】
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
【０１７３】
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図１８では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
【０１７４】
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
【０１７５】
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ，ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
【０１７６】
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Ｎｏｉｓｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）処理及び／若しく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、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
【０１７７】
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１０１１２に適用され得る。本実施形態に係る撮像ユニット１０は、撮像部１０１１２に適用され得る。撮像ユニット１０が撮像部１０１１２に適用されることにより、収差が適切に補正された品質の高い撮像画像の生成が可能になる。
【０１７８】
＜１０．備考＞
上記で説明した第１の実施例〜第４の実施例においては、収差の補正手段としてカバーガラス１１の屈折現象が用いられた。しかし、これに限定されず、回折レンズと同様の形状を表面に有するカバーガラス１１が用いられることで、収差が補正されてもよい。このとき、非球面形状を表面に有するカバーガラス１１が用いられた場合（第３の実施例）と同様に、カバーガラス１１の表面形状を表す新たなパラメータを定義することによって、理想レンズとの光路差が求められる。そして、当該光路差が焦点深度Ｄｆ以下となるようにカバーガラス１１の形状が決定される。なお、結像レンズ１３も回折レンズであってもよい。
【０１７９】
さらに、第１の実施例〜第４の実施例においては、カバーガラス１１および撮像素子１２はＷＬ−ＣＳＰ構造を有しており、カバーガラス１１は、撮像素子１２上に固定化された光透過性基板（カバーガラス１１の元となる基板）が削られることで形成されていた。しかし、これに限定されず、例えば、撮像素子１２上に光学樹脂が積載されることによってカバーガラス１１が形成されてもよい。
【０１８０】
＜１１．むすび＞
以上説明したように、本開示に係る撮像ユニット１０においては、カバーガラス１１の画角θごとの理想レンズとの光路差が焦点深度Ｄｆ以下になるような形状のカバーガラス１１が用いられる。これによって、本開示に係る撮像ユニット１０は、収差を補正することができ、撮像画像の品質を向上させることができる。
【０１８１】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１８２】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１８３】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（２６）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数２６】
2018112677.tif 000028
（２）
前記画角の最大値をθｍａｘとしたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（２７）を満たす形状となっている、
前記（１）に記載の撮像ユニット。
【数２７】
2018112677.tif 000029
（３）
前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（２８）を満たす形状となっている、
前記（１）または（２）のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
【数２８】
2018112677.tif 000030
（４）
前記画角の最大値をθｍａｘ［ｄｅｇ］としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（２９）を満たす形状となっている、
前記（３）に記載の撮像ユニット。
【数２９】
2018112677.tif 000031
（５）
前記レンズ光学系の厚みをｔ［ｍｍ］とし、屈折率をｎとしたときに、以下の式（３０）で表される非点収差量ＡＳ（θ）に基づいて前記光路差Ｌ（θ）が補正される、
前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
【数３０】
2018112677.tif 000032
（６）
前記レンズ光学系の前記被写体側の表面において前記入射光が入射する部分の少なくとも一部は、曲率半径Ｒの凸構造を有する、
前記（２）または（４）のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
（７）
前記曲率半径Ｒは、前記レンズ光学系の厚みをｔ［ｍｍ］としたときに、以下の式（３１）を満たす、
前記（６）に記載の撮像ユニット。
【数３１】
2018112677.tif 000033
（８）
前記レンズ光学系の前記被写体側の表面が非球面構造を有する、
前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
（９）
前記レンズ光学系の前記被写体側の表面が回折構造を有する、
前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
（１０）
前記レンズ光学系が光学樹脂によって形成される、
前記（１）から（９）のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
（１１）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３２）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数３２】
2018112677.tif 000034
（１２）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差Ｌ（θ）をとし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３３）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数３３】
2018112677.tif 000035
（１３）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３４）を満たす形状となっている、撮像ユニット。
【数３４】
2018112677.tif 000036
（１４）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３５）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数３５】
2018112677.tif 000037
（１５）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）としたとき、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３６）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数３６】
2018112677.tif 000038
（１６）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３７）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数３７】
2018112677.tif 000039
（１７）
被写体の像が結像する撮像素子と、
前記撮像素子よりも前記被写体側に設けられ、前記撮像素子に固定されたレンズ光学系と、
前記被写体と前記レンズ光学系の間に設けられた開口数がＮＡの撮像光学系と、を備え、
前記撮像素子に入射する入射光の波長をλとし、画角をθ［ｄｅｇ］とし、前記画角の最大値をθｍａｘとし、前記画角θごとの理想レンズとの光路差をＬ（θ）とし、前記撮像光学系の前記画角θごとの理想レンズとの光路差をｆ（θ）としたときに、前記被写体側に位置する前記レンズ光学系の表面形状は、以下の式（３８）を満たす形状となっている、撮像ユニットを備える電子機器。
【数３８】
2018112677.tif 000040
【符号の説明】
【０１８４】
１００    電子機器
１０    撮像ユニット
１１    カバーガラス
１２    撮像素子
１３    結像レンズ
２０    入力情報取得部
３０    表示制御部
４０    記憶部
５０    制御部
【図１】
2018112677.tif 000054
【図２】
2018112677.tif 000055
【図３】
2018112677.tif 000056
【図４】
2018112677.tif 000057
【図５】
2018112677.tif 000058
【図６】
2018112677.tif 000059
【図７】
2018112677.tif 000060
【図８】
2018112677.tif 000061
【図９】
2018112677.tif 000062
【図１０】
2018112677.tif 000063
【図１１】
2018112677.tif 000064
【図１２】
2018112677.tif 000065
【図１３】
2018112677.tif 000066
【図１４】
2018112677.tif 000067
【図１５】
2018112677.tif 000068
【図１６】
2018112677.tif 000069
【図１７】
2018112677.tif 000070
【図１８】
2018112677.tif 000071