JP2002072079A - 撮像レンズ装置 - Google Patents

撮像レンズ装置

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JP2002072079A JP2000368340A JP2000368340A JP2002072079A JP 2002072079 A JP2002072079 A JP 2002072079A JP 2000368340 A JP2000368340 A JP 2000368340A JP 2000368340 A JP2000368340 A JP 2000368340A JP 2002072079 A JP2002072079 A JP 2002072079A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い性能とコンパクト性とのバランスに優れ
た撮像レンズを有する撮像レンズ装置を提供する。 【解決手段】 撮像レンズは、第1レンズ(G1)が像側に
凸の正メニスカスレンズから成り、第2レンズ(G2)が両
凸の正レンズから成り、条件式:1.25<L/f<2.00
(L:最も物体側のレンズ面から像面までの距離、f:
レンズ全系の焦点距離)を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は撮像レンズ装置に関
するものであり、特に被写体の映像を撮像レンズにより
光学的に取り込んで撮像素子により電気的な信号として
出力する撮像レンズ装置{例えば、デジタルカメラ;ビ
デオカメラ;デジタルビデオユニット,パーソナルコン
ピュータ,モバイルコンピュータ,携帯電話,情報携帯
端末(PDA:Personal Digital Assistant)等に内蔵又
は外付けされるカメラの主たる構成要素}に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】各種ビデオカメラやデジタルカメラの結
像面に配置される固体撮像素子(例えばCCD:Charge
Coupled Device)は、技術の進歩により年々小型化して
おり、それに伴い撮像レンズの小型化も要求されてい
る。小型フォーマットの固体撮像素子に対応した単焦点
の撮像レンズとしては、3枚構成(特開平10−319
315号公報等)、2枚構成(特開平7−333494号
公報等)、1枚構成(特開平6−88939号公報等)が
知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開平10−3193
15号公報に記載されている3枚構成の撮像レンズは、
レンズ枚数が多いためコストが高く、レンズ全系の大き
さも大きくなっている。特開平7−333494号公報
に記載されている2枚構成の撮像レンズは、プラスチッ
クレンズ2枚で構成されているため、温度上昇によるバ
ックフォーカスの変動が大きすぎて、性能を維持できな
い等の問題がある。特開平6−88939号公報に記載
されている1枚構成の撮像レンズは、像面性や歪曲収差
が悪いため、高い結像性能を保持できない等の問題があ
る。つまりこれらの従来例には、コンパクト化と性能保
持とがバランスよく達成されていないという不具合があ
った。
【0004】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、高い性能とコンパクト性とのバランスに
優れた撮像レンズを有する撮像レンズ装置を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明の撮像レンズ装置は、光学像を形成する
撮像レンズと、その撮像レンズにより形成された光学像
を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像レ
ンズ装置であって、前記撮像レンズが、正のパワーを持
つ2枚の均質素材レンズで構成され、以下の条件式(1)
を満足することを特徴とする。 1.25<L/f<2.00 …(1) ただし、 L:最も物体側のレンズ面から像面までの距離、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
【0006】第2の発明の撮像レンズ装置は、光学像を
形成する撮像レンズと、その撮像レンズにより形成され
た光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え
た撮像レンズ装置であって、前記撮像レンズが、物体側
より順に、像側に凸の正メニスカスレンズから成る第1
レンズと、両凸の正レンズから成る第2レンズと、で構
成されることを特徴とする。
【0007】第3の発明の撮像レンズ装置は、上記第1
又は第2の発明の構成において、少なくとも1枚のガラ
スレンズを有し、そのガラスレンズの少なくとも1面が
非球面であることを特徴とする。
【0008】第4の発明の撮像レンズ装置は、上記第1
又は第2の発明の構成において、4つのレンズ面のうち
の少なくとも1面が非球面であることを特徴とする。
【0009】第5の発明の撮像レンズ装置は、上記第1
又は第2の発明の構成において、さらに以下の条件式
(2)を満足することを特徴とする。 0.4<Bf/f<1.0 …(2) ただし、 Bf:バックフォーカス、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
【0010】第6の発明の撮像レンズ装置は、上記第1
又は第2の発明の構成において、物体側より順に第1レ
ンズ及び第2レンズから成り、以下の条件式(3)及び(4)
を満足することを特徴とする。 1<f1/f<5 …(3) 1<f2/f<20 …(4) ただし、 f1:第1レンズの焦点距離、 f2:第2レンズの焦点距離、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した撮像レン
ズ装置を、図面を参照しつつ説明する。被写体の映像を
光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像レ
ンズ装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられ
るカメラ{例えば、デジタルカメラ;ビデオカメラ;デ
ジタルビデオユニット,パーソナルコンピュータ,モバ
イルコンピュータ,携帯電話,情報携帯端末(PDA)等
に内蔵又は外付けされるカメラ}の主たる構成要素であ
る。その撮像レンズ装置は、例えば図11に示すよう
に、物体(被写体)側から順に、物体の光学像を形成する
撮像レンズ(TL)と、光学的ローパスフィルター等に相当
する平行平面板(PL)と、撮像レンズ(TL)により形成され
た光学像を電気的な信号に変換する撮像素子(SR)と、で
構成される(AX:光軸)。
【0012】撮像素子(SR)としては、例えば複数の画素
から成るCCDやCMOS(Complementary Metal Oxide
Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられ
て、撮像レンズ(TL)により形成された光学像が電気的な
信号に変換される。また撮像レンズ(TL)で形成されるべ
き光学像は、撮像素子(SR)の画素ピッチにより決定され
る所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィル
ター(PL)を通過することにより、電気的な信号に変換さ
れる際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化され
るように、空間周波数特性が調整される。撮像素子(SR)
で生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処
理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号として
メモリー(半導体メモリー,光ディスク等)に記録された
り、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変
換されたりして他の機器に伝送される。
【0013】図1,図3,図5,図7及び図9は、第1
〜第5の実施の形態を構成する撮像レンズ(TL)にそれぞ
れ対応するレンズ構成図であり、そのレンズ配置を光学
系断面で示している。また、各レンズ構成図中、ri(i=
1,2,3,...)が付された面は物体(被写体)側から数えてi
番目の面(riに*印が付された面は非球面)であり、di(i=
1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔であ
る。
【0014】各実施の形態はいずれも、正のパワーを持
つ2枚の均質素材レンズで構成された単焦点の撮像レン
ズ(TL)を備えており、その撮像レンズ(TL)は物体側より
順に、像側に凸の正メニスカスレンズから成る第1レン
ズ(G1)と、両凸の正レンズから成る第2レンズ(G2)と、
で構成されている。また絞り(ST)が、第1〜第3の実施
の形態(図1,図3,図5)では第1レンズ(G1)と第2レ
ンズ(G2)との間、第4の実施の形態(図7)では第1レン
ズ(G1)の物体側、第5の実施の形態(図9)では第2レン
ズ(G2)の像側に配置されている。そして、固体撮像素子
(CCD等)を備えた撮像レンズ装置(デジタルカメラ,
デジタルビデオユニット等)に用いられる、1/7〜1/4イ
ンチフォーマットに対応可能な撮像レンズ(TL)として、
その像側には光学的ローパスフィルター等に相当するガ
ラス製の平行平面板、つまりガラス平板(PL)が配置され
ている。
【0015】携帯電話等のモバイル機器に搭載される撮
像レンズ装置にはフォーマットの比較的小さなセンサー
(つまり固体撮像素子)が内蔵されるため、大きさとコス
トとのバランスが良く製造容易な2枚構成は、モバイル
用の撮像レンズ(TL)として好適なレンズ構成といえる。
通常、色収差を除去するためには負レンズと正レンズと
の組み合わせが最も適しているが、小型フォーマットの
光学系においては、色収差そのものの除去が比較的容易
であるため、負レンズを使わなくてもある程度の色収差
補正が可能である。そこで各実施の形態では、極限まで
のコンパクト性と高い光学性能とを両立させるために、
正レンズ2枚の構成を採用している。その正・正のパワ
ーバランスは弱・強であることが望ましく、各実施の形
態ではレンズ形状でそのパワーバランスを構成してい
る。つまり、第1レンズ(G1)として像側に凸の正メニス
カスレンズを用いることにより歪曲収差を効果的に抑
え、第2レンズ(G2)として両凸の正レンズを用いること
により主に誤差感度を低減している。
【0016】各実施の形態のように均質素材から成る2
枚の正レンズで構成された撮像レンズ(TL)においては、
以下の条件式(1)を満足することが望ましい。条件式(1)
を満たすことにより、高い性能とコンパクト性とのバラ
ンスを良好にすることができる。 1.25<L/f<2.00 …(1) ただし、 L:最も物体側のレンズ面から像面までの距離、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
【0017】L/fの値が条件式(1)の下限を下回る
と、薄いレンズを作製する上での物理的限界を超えるこ
とになり、製造が困難になる。また、第2レンズ(G2)の
パワーを強くしなければならなくなるので、球面収差が
アンダーになり、その補正が困難になる。逆に、L/f
の値が条件式(1)の上限を上回ると、コンパクト性を維
持できなくなり、収差補正とのバランスがとれなくな
る。
【0018】第1の実施の形態(図1)では、第1レンズ
(G1)がPC(polycarbonate)から成るプラスチックレン
ズであり、第2レンズ(G2)がPMMA(polymethyl meth
acrylate)から成るプラスチックレンズである。第2の
実施の形態(図3)では第1,第2レンズ(G1,G2)共ガラ
スレンズであり、第3〜第5の実施の形態(図5,図
7,図9)では、第1レンズ(G1)がPCから成るプラス
チックレンズであり、第2レンズ(G2)がガラスレンズで
ある。温度特性の問題(つまり温度変化によるバックフ
ォーカスの変動)を解決するためには、第2〜第5の実
施の形態のように、少なくとも1枚のガラスレンズを有
することが望ましい。特に、パワーの強い第2レンズ(G
2)にガラスレンズを用いるのが最も効果的であり、ま
た、第2レンズ(G2)を低分散材料で構成すれば色収差の
効果的な補正が可能である。ガラスレンズを用いると温
度変化によるバックフォーカスの変動が抑えられるた
め、撮像レンズ(TL)を固定焦点レンズとして使用する場
合でも性能を維持することが可能である。
【0019】各実施の形態のように正レンズ2枚から成
る撮像レンズ(TL)においては、4つのレンズ面のうちの
少なくとも1面が非球面であることが望ましい。非球面
の使用は、球面収差,コマ収差及び歪曲収差の補正に大
きな効果がある。特に、第1レンズ(G1)に非球面を配す
ることで歪曲収差を効果的に補正することができ、第2
レンズ(G2)に非球面を配することで球面収差とコマ収差
を効果的に補正することができる。温度特性を考慮した
場合、非球面が設けられるレンズはガラスレンズである
ことが望ましいので、ガラスレンズの少なくとも1面を
非球面にすれば、温度変化の影響を受けない高い光学性
能を得ることができる。また、第1レンズ(G1)について
は像側面のみを非球面とすることで、誤差感度の低減と
歪曲補正とのバランスをとることが可能である。
【0020】各実施の形態のように正レンズ2枚から成
る撮像レンズ(TL)においては、以下の条件式(2)を満足
することが望ましい。条件式(2)を満たすことにより、
バックフォーカスの短いコンパクトな撮像レンズ(TL)を
実現できることができる。 0.4<Bf/f<1.0 …(2) ただし、 Bf:バックフォーカス、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
【0021】Bf/fの値が条件式(2)の下限を下回る
と、レンズとセンサーとの間の距離が狭くなりすぎて、
最終レンズ面等に付いたゴミが目立ちやすくなり、さら
に第2レンズ(G2)の径が増大することになる。逆に、B
f/fの値が条件式(2)の上限を上回ると、レンズバック
を確保するために第1レンズ(G1)のパワーが緩くなりす
ぎて、オーバーの球面収差を補正できなくなる。
【0022】各実施の形態のように2枚の正レンズ(G1,
G2)から成る撮像レンズ(TL)においては、以下の条件式
(3)及び(4)を満足することが望ましい。条件式(3)及び
(4)を満たすことにより、コンパクト性を保持しつつよ
り高い光学性能を達成することができる。 1<f1/f<5 …(3) 1<f2/f<20 …(4) ただし、 f1:第1レンズ(G1)の焦点距離、 f2:第2レンズ(G2)の焦点距離、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
【0023】f1/f,f2/fの値がそれぞれの条件式
(3),(4)の下限を下回ると、それぞれのもつパワーが強
くなりすぎて、諸収差に悪影響がでてくる。つまり、条
件式(3)の下限を超えて第1レンズ(G1)の正パワーが強
くなると、物体側面が凸面に近づくことになるので歪曲
収差の補正が困難になり、条件式(4)の下限を超えて第
2レンズ(G2)の正パワーが強くなると、球面収差の補正
が困難になる。逆に、f1/f,f2/fの値がそれぞれ
の条件式(3),(4)の上限を上回ると、それぞれのもつパ
ワーが弱くなりすぎて、諸収差は幾分緩和されるもの
の、全長が大きくなってしまいコンパクト性を維持でき
なくなる。つまり、条件式(3)の上限を超えて第1レン
ズ(G1)の正パワーが弱くなると、第2レンズ(G2)の正パ
ワーを強くしなければならなくなるので球面収差の補正
が困難になり、条件式(4)の上限を超えて第2レンズ(G
2)の正パワーが弱くなると、第1レンズ(G1)の正パワー
を強くしなければならなくなるので歪曲収差の補正が困
難になる。
【0024】なお、各実施の形態を構成している撮像レ
ンズ(TL)は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レ
ンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で
偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されている
が、これに限らない。例えば均質素材レンズに回折面を
設けて、回折により入射光線を偏向させたり、回折作用
と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させたりし
てもよい。また、入射光線を媒質内の屈折率分布により
偏向させる屈折率分布型レンズに屈折レンズ面を設け
て、そのレンズ形状を像側に凸の正メニスカス形状や両
凸形状としてもよい。
【0025】また各実施の形態において、光学的なパワ
ーを有しない面(例えば、反射面,屈折面,回折面)を光
路中に配置することにより、撮像レンズ(TL)の前,後又
は途中で光路を折り曲げてもよい。折り曲げ位置は必要
に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げによ
り、カメラの見かけ上の薄型化を達成することが可能で
ある。例えば、第1レンズ(G1)の後ろにミラーを配置し
て光路を90°折り曲げれば、沈胴等によりカメラの厚さ
が変化することのない構成にすることができる。
【0026】さらに各実施の形態では、撮像レンズ(TL)
の最終面と撮像素子(SR)との間に配置される平行平面板
(PL)の形状の光学的ローパスフィルターの構成例を示し
たが、このローパスフィルターとしては、所定の結晶軸
方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパス
フィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性
を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等
が適用可能である。
【0027】
【実施例】以下、本発明を実施した撮像レンズ装置に用
いられる撮像レンズ(TL)の構成等を、コンストラクショ
ンデータ,収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。
ここで例として挙げる実施例1〜5は、前述した第1〜
第5の実施の形態にそれぞれ対応しており、第1〜第5
の実施の形態を表すレンズ構成図(図1,図3,図5,
図7,図9)は、対応する実施例1〜5のレンズ構成を
それぞれ示している。各実施例のコンストラクションデ
ータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番
目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は物体側から
数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,
3,...),νi(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の光
学要素のd線に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)を示し
ている。全系の焦点距離(f,mm)及びFナンバー(FNO)を
他のデータと併せて示し、条件式対応値を表1に示す。
【0028】曲率半径riに*印が付された面は、非球面
で構成された面であることを示しており、非球面の面形
状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。各実
施例の非球面データを他のデータと併せて示す。 X(H)=(C0・H2)/{1+√(1-ε・C02・H2)}+(A4・H4+A6・H6+A8・H8+A10・H10) …( AS) ただし、式(AS)中、 X(H):高さHの位置での光軸方向の変位量(面頂点基
準)、 H :光軸に対して垂直な方向の高さ、 C0 :近軸曲率(=1/曲率半径)、 ε :2次曲面パラメータ、 Ai :i次の非球面係数、 である。
【0029】図2,図4,図6,図8,図10は実施例
1〜実施例5の収差図であり、左から順に、球面収差
等,非点収差,歪曲収差を示している{Y':最大像高(m
m)}。球面収差図において、実線(d)はd線に対する球面
収差、一点鎖線(g)はg線に対する球面収差、破線(SC)
は正弦条件を表している。非点収差図において、破線(D
M)はメリディオナル面でのd線に対する非点収差を表し
ており、実線(DS)はサジタル面でのd線に対する非点収
差を表わしている。また、歪曲収差図において実線はd
線に対する歪曲%を表している。
【0030】
【0031】[第2面(r2)の非球面データ] ε= 0.50191×10 A4= 0.12260 A6= 0.16616 A8=-0.36232 A10= 0.48834
【0032】[第4面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×1032 A4= 0.16659 A6=-0.12700×10 A8= 0.71953×10 A10=-0.12796×102
【0033】[第5面(r5)の非球面データ] ε=-0.39111×10 A4=-0.22658×10-1 A6=-0.11871 A8= 0.38863 A10=-0.24639
【0034】
【0035】[第2面(r2)の非球面データ] ε= 0.50191×10 A4= 0.12132 A6= 0.16246 A8=-0.35297 A10= 0.46937
【0036】[第4面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×1032 A4= 0.16308 A6=-0.12561×10 A8= 0.70783×10 A10=-0.12534×102
【0037】[第5面(r5)の非球面データ] ε=-0.39111×10 A4=-0.20639×10-1 A6=-0.11678 A8= 0.38539 A10=-0.24121
【0038】
【0039】[第2面(r2)の非球面データ] ε= 0.53344 A4= 0.29872 A6= 0.39995 A8=-0.20706×10 A10= 0.26698×10
【0040】[第4面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×1032 A4= 0.12524×10 A6=-0.61979×10 A8= 0.22858×102 A10=-0.33435×102
【0041】[第5面(r5)の非球面データ] ε=-0.43927×1021 A4= 0.24322 A6= 0.43841×10-1 A8= 0.18176×10-1 A10=-0.15966
【0042】
【0043】[第3面(r3)の非球面データ] ε= 0.88001×10-1 A4= 0.15605×10 A6=-0.59160×10 A8= 0.12079×102 A10=-0.11375×102
【0044】[第4面(r4)の非球面データ] ε=-0.20253×1032 A4= 0.19895×10 A6=-0.71139×10 A8= 0.15026×102 A10=-0.13679×102
【0045】[第5面(r5)の非球面データ] ε=-0.43927×1021 A4= 0.12601 A6= 0.11719×10 A8=-0.27620×10 A10= 0.22519×10
【0046】
【0047】[第2面(r2)の非球面データ] ε=-0.56853 A4= 0.70404 A6=-0.93824 A8= 0.74920 A10=-0.32967
【0048】[第3面(r3)の非球面データ] ε=-0.20253×1032 A4= 0.23546×10 A6=-0.67184×10 A8= 0.20433×102 A10=-0.19919×102
【0049】[第4面(r4)の非球面データ] ε=-0.43927×1021 A4= 0.81045 A6= 0.41248×10 A8=-0.28180×102 A10= 0.83982×102
【0050】
【表1】
【0051】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
い性能とコンパクト性とのバランスに優れた低コストの
撮像レンズを有する撮像レンズ装置を実現することがで
きる。そして本発明を、デジタルカメラ;ビデオカメ
ラ;デジタルビデオユニット,パーソナルコンピュー
タ,モバイルコンピュータ,携帯電話,情報携帯端末
(PDA)等に内蔵又は外付けされるカメラに適用すれ
ば、これらの機器のコンパクト化及び高性能化に寄与す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態(実施例1)の光学系断面図。
【図2】実施例1の収差図。
【図3】第2の実施の形態(実施例2)の光学系断面図。
【図4】実施例2の収差図。
【図5】第3の実施の形態(実施例3)の光学系断面図。
【図6】実施例3の収差図。
【図7】第4の実施の形態(実施例4)の光学系断面図。
【図8】実施例4の収差図。
【図9】第5の実施の形態(実施例5)の光学系断面図。
【図10】実施例5の収差図。
【図11】本発明に係る撮像レンズ装置の概略光学構成
を示す模式図。
【符号の説明】
TL …撮像レンズ SR …撮像素子 G1 …第1レンズ G2 …第2レンズ ST …絞り
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA03 LA01 NA08 PA02 PA17 PB02 QA03 QA07 QA12 QA21 QA34 QA41 RA04 RA05 RA12 RA13 RA32 RA34 RA43 UA01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学像を形成する撮像レンズと、その撮
    像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換
    する撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、 前記撮像レンズが、正のパワーを持つ2枚の均質素材レ
    ンズで構成され、以下の条件式(1)を満足することを特
    徴とする撮像レンズ装置; 1.25<L/f<2.00 …(1) ただし、 L:最も物体側のレンズ面から像面までの距離、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
  2. 【請求項2】 光学像を形成する撮像レンズと、その撮
    像レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換
    する撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、 前記撮像レンズが、物体側より順に、像側に凸の正メニ
    スカスレンズから成る第1レンズと、両凸の正レンズか
    ら成る第2レンズと、で構成されることを特徴とする撮
    像レンズ装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも1枚のガラスレンズを有し、
    そのガラスレンズの少なくとも1面が非球面であること
    を特徴とする請求項1又は請求項2記載の撮像レンズ装
    置。
  4. 【請求項4】 4つのレンズ面のうちの少なくとも1面
    が非球面であることを特徴とする請求項1又は請求項2
    記載の撮像レンズ装置。
  5. 【請求項5】 さらに以下の条件式(2)を満足すること
    を特徴とする請求項1又は請求項2記載の撮像レンズ装
    置; 0.4<Bf/f<1.0 …(2) ただし、 Bf:バックフォーカス、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
  6. 【請求項6】 物体側より順に第1レンズ及び第2レン
    ズから成り、以下の条件式(3)及び(4)を満足することを
    特徴とする請求項1又は請求項2記載の撮像レンズ装
    置; 1<f1/f<5 …(3) 1<f2/f<20 …(4) ただし、 f1:第1レンズの焦点距離、 f2:第2レンズの焦点距離、 f:レンズ全系の焦点距離、 である。
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