JP5101878B2

JP5101878B2 - 望遠レンズ

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Publication number: JP5101878B2
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Inventors: 和則大野
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Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
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Description

本発明は、写真用カメラや電子スチルカメラ、特に１眼レフレックスカメラなどに好適な内焦式の望遠レンズに関し、特に、大口径比で超望遠型（例えば開放Ｆ値２．８程度、焦点距離４００ｍｍ程度）の望遠レンズに関する。

従来より、開放Ｆ値が２．８程度と明るく、焦点距離３００ｍｍ程度の内焦式の大口径比望遠レンズは、比較的コンパクトでまとまりが良く、使い勝手の良い望遠レンズとして市場に供されているが、さらに焦点距離の長い大口径比超望遠レンズへの市場要請が強くある。一般に、望遠レンズは物体側に全系の焦点距離に比べて短い焦点距離の正レンズ群を配置すると共に、それに後続して負の屈折力の後群を配置し、その後群で焦点距離を拡大して所定の焦点距離になるような構成となっている。一方で、近年では、市場からの撮影範囲拡大の要請に伴って至近距離を縮める必要性から、フォーカス量を短くできる内焦式の望遠レンズが主流となっている（特許文献１ないし４参照）。従来、内焦式の望遠レンズとしては、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、および正の屈折力を有する第３レンズ群を配設し、第２レンズ群をフォーカス群とした構成が知られている。また、防振用に第２レンズ群または第３レンズ群の一部もしくは全体を光軸に垂直方向に移動させることも行われている。このような構成の場合、第１レンズ群と第２レンズ群とを前群とすると前群全体では極弱い屈折力を持たせている。大口径比望遠レンズでは、前群においてさらに第１レンズ群を２つの正の副群に分け、第１レンズ群で過大に発生する諸収差量を分散させて小さくすることで、Ｆ値の明るいレンズ系をなし得ている。
特開平６−２０１９８９号公報特開平８−３２７８９７号公報特開平９−３２５２６９号公報特開平１１−１６０６１７号公報

第１レンズ群を２つの正の副群に分けた構成とした場合、例えば特許文献１に見られるように、物体側に配置された第１副群の正の屈折力を、後続の第２副群の正の屈折力に比べて大きい構成とすることが多い（もしくは、特許文献２に見られるように、第１の副群の屈折力と第２の副群の屈折力とをほぼ同程度としている）。これは望遠レンズの仕様の中でレンズ全長を短くすることが重要課題の一つであり、この目的を達成するのに最も有効な構成である。この目的のため、従来では、より強い正の屈折力を持つ第１副群において色収差補正のために異常分散ガラスを用いるなど、使用ガラスを適切に選択しながらも、特に感度の高い球面収差が極力小さくなるようなレンズ形状の構成となっている。一方、第２副群は、第１副群に比べて正屈折力が小さく球面収差の発生量も小さいので、主として像面湾曲等、軸外収差の補正に向けられた形状になっている。

ところで、例えば開放Ｆ値２．８程度、焦点距離４００ｍｍ程度の大口径比・超望遠型のレンズを設計する場合、高性能に設計された例えば焦点距離３００ｍｍ程度の望遠レンズを比例拡大して使用することが考えられる。しかしながら、従来の望遠レンズを単に比例拡大しただけでは、絞り機構、フォーカス機構、および防振機構等を十分にコンパクトに収めることはできず、鏡胴径が大きくなったり、移動群の重量が増加し、操作性の悪いレンズとなってしまう。このような問題点を解決するためには、特に長焦点化で生じる絞り径の増大化を抑えることが必要となる。内焦式の望遠レンズの場合、フォーカスや防振用の移動群は絞りの前後の群を用いることが多いので、絞り径を抑えることで、絞り前後に配設されるフォーカス系や防振系も大きくならずにコンパクトにまとめられる。従って、上述の各特許文献に記載のレンズ構成に比べて、絞り径を小さく抑え、操作性の向上を図ることができる大口径比・超望遠型のレンズの開発が望まれている。このためには、従来のレンズ系とは異なった所要の条件を案出する必要がある。特に、第１レンズ群および第２レンズ群の構成を従来とは異なる観点で最適化することが考えられる。例えば、従来では上述したように第１レンズ群における第１副群の正の屈折力を相対的に大きくする傾向にあるが、これとは異なる屈折力配分にすることが考えられる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得ることができる望遠レンズを提供することにある。

本発明の第１の観点に係る望遠レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、第２レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、第１レンズ群が、２枚の両凸レンズと１枚の両凹レンズとからなる第１副群と、負レンズと正レンズとからなる第２副群とからなり、また第４レンズ群が、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとが配置されてなり、かつ、以下の条件式を満足するものである。
１．５＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜２．２ ……（１）
０．８５＜ｆ１ａ／ｆ＜１．０５ ……（２）
３．０＜ｄａｂ／ｄ１２＜６．０ ……（３）
ただし、ｆ１ａは第１副群の焦点距離、ｆ１ｂは第２副群の焦点距離、ｆは全系の焦点距離、ｄａｂは第１副群と第２副群との軸上間隔、ｄ１２は第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔とする。

本発明の第１の観点に係る望遠レンズでは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とを配置し、第２レンズ群をフォーカス群とした構成において、条件式（１）を満足したことで、第１副群に比べて第２副群の屈折力が適度に大きくなり、例えば第３レンズ群の直前に明るさ絞りを配置したときに、後述する理由により、絞り径を小さく抑えやすくなる。これにより、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得やすくなる。
そして、本発明の第１の観点に係る望遠レンズではさらに、次の条件も満足されたことで、より小型化および高性能化を図りやすくなる。

すなわち、本発明の第１の観点に係る望遠レンズにおいては、さらに上記条件式（２）および（３）も満足されたことにより、条件式（１）と併せて、第１レンズ群における第１副群と第２副群との屈折力配分および群の配置が最適化され、より絞り径を小さく抑えやすくなる。

また、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、第１レンズ群内のレンズ形状や群配置が最適化され、絞り径を小さく抑えつつ、諸収差を小さく抑えやすくなる。
−０．０５＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２−Ｒ１）＜０．３０ ……（４）
−０．５０＜ｆ１ｂ／Ｒ９＜０．０ ……（５）
０．２７＜ｄａｂ／ｆ＜０．３５ ……（６）
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ１ｂは第２副群の焦点距離、ｄａｂは第１副群と第２副群との軸上間隔、Ｒ１は第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径、Ｒ２は第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径、Ｒ９は第２副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径とする。

また、第４レンズ群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとで構成され、第４レンズ群における最も物体側の負レンズのアッベ数をνｎ１としたとき、以下の条件を満足することが好ましい。これにより、第４レンズ群の構成が最適化され、特に像面の平坦化や色収差の補正に有利となる。
４０＜νｎ１＜５５ ……（７）

また、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、第３レンズ群の構成が最適化され、レンズ全長が適度に抑えられる。また、例えば第３レンズ群を防振用の移動群にした場合等にも有利な性能が得られる。
０．６５＜ｆ３／ｆｍ＜０．８ ……（８）
ただし、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離、ｆｍは第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離とする。

本発明の第２の観点に係る望遠レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、第２レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、第１レンズ群が、２枚の両凸レンズと１枚の両凹レンズとからなる第１副群と、負レンズと正レンズとからなる第２副群とからなり、また第４レンズ群が、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとが配置されてなり、かつ、以下の条件式を満足するものである。
−０．０５＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２−Ｒ１）＜０．３０ ……（４）
０．２７＜ｄａｂ／ｆ＜０．３５ ……（６）
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄａｂは第１副群と第２副群との軸上間隔、Ｒ１は第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径、Ｒ２は第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径とする。

本発明の第２の観点に係る望遠レンズでは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とを配置し、第２レンズ群をフォーカス群とした構成において、条件式（４），（６）を満足したことで、第１レンズ群内のレンズ形状や群配置が最適化され、絞り径を小さく抑えて移動群の小型化を図ったときにも、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しやすくなり、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得やすくなる。
そして、本発明の第２の観点に係る望遠レンズではさらに、次の好ましい条件を適宜採用して満足することで、より小型化および高性能化を図りやすくなる。

本発明の第２の観点に係る望遠レンズにおいて、さらに、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、条件式（４），（６）と併せて、第１レンズ群の構成がさらに最適化され、より諸収差を小さく抑えやすくなる。特に、全系での球面収差を小さく抑え、かつ物体側の距離変化に対して、第２レンズ群でフォーカスしたときの球面収差の増加を抑えやすくなる。
−０．５０＜ｆ１ｂ／Ｒ９＜０．０ ……（５）
ただし、ｆ１ｂは第２副群の焦点距離、Ｒ９は第２副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径とする。

本発明の第１または第２の観点に係る望遠レンズによれば、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とを配置すると共に、第２レンズ群をフォーカス群とし、従来とは異なる適切な条件を満足して構成の最適化を図るようにしたので、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る望遠レンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図６（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。また、図２（Ａ），（Ｂ）は、第２の構成例を示しており、後述の第２の数値実施例（図７（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図３（Ａ），（Ｂ）は、第３の構成例を示しており、後述の第３の数値実施例（図８（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図４（Ａ），（Ｂ）は、第４の構成例を示しており、後述の第４の数値実施例（図９（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図５（Ａ），（Ｂ）は、第５の構成例を示しており、後述の第５の数値実施例（図１０（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図１（Ａ），（Ｂ）〜図５（Ａ），（Ｂ）において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。ただし、符号Ｄｉについては、一部のレンズ間隔のみ図示している。なお、図１（Ａ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）および図５（Ａ）は無限遠合焦状態での構成に対応し、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）は近距離合焦状態（２．９ｍ）での構成に対応している。

この望遠レンズは、銀塩写真用のカメラや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いた電子スチルカメラに適用可能であり、特に、１眼レフレックスカメラなどに好適に用いられる。この望遠レンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。第２レンズ群Ｇ２は、フォーカス用の移動群であり、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、光軸Ｚ１方向で像面側に移動するようになされている。第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２は、ほぼアフォーカルな系を構成している。第３レンズ群Ｇ３は、防振用の移動群であり、防振時に光軸Ｚ１に対し垂直方向に移動するようになされている。明るさ絞りＳｔは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されている。

この望遠レンズの像面には、図示しないＣＣＤ等の撮像素子が配置される。第４レンズ群Ｇ４と撮像素子との間には、レンズを装着する装置側の構成に応じて、種々の光学部材ＬＦが配置されている。光学部材ＬＦとしては例えば、ＵＶカットフィルタ−等、各種交換フィルタ−が配設される。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、２枚の両凸レンズＬ１１，Ｌ１２と１枚の両凹レンズＬ１３とを含む第１副群Ｇ１ａと、負レンズＬ１４と正レンズＬ１５とからなる第２副群Ｇ１ｂとを有している。負レンズＬ１４と正レンズＬ１５は、接合レンズとされている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、例えば、１枚の負レンズＬ２１と、正レンズＬ２２および負レンズＬ２３からなる接合レンズとで構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、例えば、正レンズＬ３１と、負レンズＬ３２と、正レンズＬ３３とで構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、例えば、負レンズＬ４１および正レンズＬ４２からなる接合レンズと、負レンズＬ４３とで構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、負の屈折力を有していることにより、第１〜第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３に対してテレコンバータの役割を担っている。

この望遠レンズは、以下の条件を満足している。式中、ｆは全系の焦点距離、ｆ１ａは第１副群Ｇ１ａの焦点距離、ｆ１ｂは第２副群Ｇ１ｂの焦点距離、ｄａｂは第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂとの軸上の群間隔、ｄ１２は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上の群間隔を示す。
１．５＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜２．２ ……（１）
０．８５＜ｆ１ａ／ｆ＜１．０５ ……（２）
３．０＜ｄａｂ／ｄ１２＜６．０ ……（３）

条件式（１），（２）は好ましくは、以下の式（１Ａ），（２Ａ）の範囲であると良い。なお、
１．７＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜２．０ ……（１Ａ）
０．８９＜ｆ１ａ／ｆ＜１．００ ……（２Ａ）

この望遠レンズはまた、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ１ｂは第２副群Ｇ１ｂの焦点距離、ｄａｂは第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂとの軸上の群間隔、Ｒ１は第１副群Ｇ１ａ内で最も物体側に配置されたレンズＬ１１における物体側の面の曲率半径、Ｒ２は第１副群Ｇ１ａ内で最も物体側に配置されたレンズＬ１１における像面側の面の曲率半径、Ｒ９は第２副群Ｇ１ｂ内で最も像面側に配置されたレンズＬ１５における像面側の面の曲率半径を示す。
−０．０５＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２−Ｒ１）＜０．３０ ……（４）
−０．５０＜ｆ１ｂ／Ｒ９＜０．０ ……（５）
０．２７＜ｄａｂ／ｆ＜０．３５ ……（６）

この望遠レンズはまた、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、νｎ１は第４レンズ群Ｇ４における最も物体側の負レンズＬ４１のアッベ数とする。
４０＜νｎ１＜５５ ……（７）

この望遠レンズはまた、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆｍは第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との合成焦点距離とする。
０．６５＜ｆ３／ｆｍ＜０．８ ……（８）

次に、この望遠レンズを以上のような構成とする理由を、その作用および効果と共に説明する。

物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えた望遠レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とからなる系をほぼアフォーカル系とし、かつその倍率をβ、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との合成焦点距離をｆｍとすれば、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２として全系の焦点距離ｆおよび倍率βは、
ｆ＝β・ｆｍ
β＝−ｆ１／ｆ２
とおける。

焦点距離ｆが一定の条件下では、倍率βを大きくすれば、ｆｍが小さくなり、第３レンズ群Ｇ３の直前に明るさ絞りＳｔを配設すれば、所定のＦ値に対して絞り径は小さくなる。絞り径が小さくなれば、その前後に移動群があってもその有効径は小さくまとまり、これらを制御するメカ構造も小さくでき、レンズ鏡胴のコンパクト化にもつながって良い。しかし、倍率が大きすぎると、軸外光束の第１レンズ群Ｇ１への入射光線の高さが大きくなり、レンズの前玉径を大きくする要因となる。第１レンズ群Ｇ１に含まれる大口径レンズがより大きくなることは、加工・重量・コスト等に対して弊害が非常に大きい。

既に述べたように、特許文献１（特開平６−２０１９８９号公報）等に記載の従来の望遠レンズの多くは、第１副群Ｇ１ａの正の屈折力を、後続の第２副群Ｇ１ｂの正の屈折力に比べて大きい構成としてレンズ全長を短くしている。従来では、より強い正の屈折力を持つ第１副群において色収差補正のために異常分散ガラスを用いるなど、使用ガラスを適切に選択しながらも、特に感度の高い球面収差が極力小さくなるようなレンズ形状の構成となっている。一方、第２副群は、第１副群に比べて正屈折力が小さく球面収差の発生量も小さいので、主として像面湾曲等、軸外収差の補正に向けられた形状になっている。

ところが、絞り径を小さくするためには、前述のように倍率βを大きくする必要がある。この倍率βを大きくするために第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１を大きくすれば、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２のレンズ長が大きくなり、またフォーカス量も大きくなって絞り配置をさらに遠ざける必要がある等全系の全長がより大きくなり弊害が大きい。このため第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２の逆数である負屈折力を大きくし、なるべくｆ１は大きくしないようにする必要がある。

以上のことから、本願の目的を達成するためには、第２レンズ群Ｇ２の負屈折力を大きくすることが必須となる。これと同時に後続の第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４の合成焦点距離ｆｍも小さくなり、所定のイメージサイズに対して第３レンズ群Ｇ３への入射角度は大きくなる。絞りＳｔは第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間にあり、このことは軸外光に対する第２レンズ群Ｇ２からの射出角増大化と符合している。また、第２レンズ群Ｇ２の負屈折力の増大化により、光路偏角も大きくなっている。これら２つの事象により、特に第２レンズ群Ｇ２における軸外光入射角は光軸Ｚ１に対して相加されてますます大きくなる。このため、軸外光束の第１レンズ群Ｇ１を通る光路は、さらに光軸Ｚ１から遠ざかる傾向となり、第１レンズ群Ｇ１に入る軸外光の光線高さは大きくなる。

このことから絞り径を小さくするために倍率βを大きくすることは、前玉レンズの大口径化につながり、重量・コスト・加工等非常に問題が大きい。そこでこの弊害を回避するため、倍率拡大化を担ってきた第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との群間隔ｄ１２を小さくし、かつ第２副群Ｇ１ｂの正屈折力をさらに強くして逆向きの光路偏角を強くきかせて光軸Ｚ１に対する軸外光路を低く抑える必要がある。このため従来の構成に比べて第２副群Ｇ１ｂの屈折力はより大きくする必要がある。こうして本実施の形態の望遠レンズでは、第２副群Ｇ１ｂと第２レンズ群Ｇ２とが、従来よりも接近するようになる。このことは、第１副群Ｇ１ａからすると第１レンズ群Ｇ１の所要の焦点距離ｆ１に対して屈折力を弱める方向となり、第１副群Ｇ１ａの焦点距離ｆ１ａは大きくなる。このことは、前述した第１レンズ群Ｇ１内での諸収差の補正方法にも影響し、第１副群Ｇ１ａで発生する球面収差量は緩和される一方で、第２副群Ｇ１ｂで発生する球面収差や像面湾曲への配慮が必要になってくる。また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との関係では、第２レンズ群Ｇ２の負屈折力が強まると共に第１レンズ群Ｇ１との間隔ｄ１２が小さくなる分、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とでほぼアフォーカル系を成り立たせるためには第１レンズ群Ｇ１内の第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂ群との群間隔ｄａｂを大きくする必要性がある。このように倍率βを大きくすると、従来とは異なった屈折力・配置をとる必要がある。

以上、倍率βを大きくして、絞り径を小さくするためには、第１レンズ群Ｇ１では、第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂとの群間隔ｄａｂが従来に比べて大きくなり、屈折力は逆転して第１副群Ｇ１ａの屈折力よりも第２副群Ｇ１ｂの屈折力が勝ってより小さな焦点距離となる。さらに負屈折力の強くなった第２レンズ群Ｇ２との群間隔ｄ１２も小さくする必要がある。これに伴って諸収差発生の傾向が従来の望遠レンズとは異なり、第１レンズ群Ｇ１内の形状を最適化する必要がある。
本実施の形態では、以下で説明するように各条件式を満足することにより、第１副群Ｇ１ａと２副群Ｇ１ｂとの屈折力配分および群の配置が最適化されて絞り径が小さく抑えられると共に、諸収差が小さく抑えられ、高性能が維持される。

条件式（１）〜（３）は、第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂとの屈折力配分および群の配置に絡む条件に関するものである。
条件式（１）は、第１副群Ｇ１ａの焦点距離ｆ１ａと２副群Ｇ１ｂの焦点距離ｆ１ｂとの適切な関係を規定している。条件式（１）の下限を下回ると、特に球面収差発生感度の高い第１副群Ｇ１ａの正屈折力が増し、球面収差の発生量が大きくなって、これを小さくしようとすれば像面倒れが発生する等、全画面域にわたって結像性能を良好にできない。また同時に大口径レンズからなる第１副群Ｇ１ａの曲率半径が小さくなり、中心厚を大きくする必要が生じ、コスト・加工・重量に悪影響がある。逆に上限を上回れば、第１副群Ｇ１ａの正屈折力が減少し、第２副群Ｇ１ｂの正屈折力が増すことになる。この場合、群間隔ｄａｂもしくはｄ１２を大きくしなければ、十分な倍率βが得られなくなり絞り径が大きくなったり、第１副群Ｇ１ｂの屈折力が大きくなって、前述したように至近性能が劣化したり問題が大きい。

条件式（２）は、全系の焦点距離ｆに対する第１副群Ｇ１ａの焦点距離ｆ１ａの適切な範囲を規定している。条件式（２）の下限を下回ると、第１副群Ｇ１ａの焦点距離ｆ１ａが小さくなる。言い換えれば第１副群Ｇ１ａの屈折力が大きくなる。この場合、第２副群Ｇ１ｂの屈折力を弱め、第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂとの群間隔ｄａｂも小さくすることができるが、球面収差や非点収差の発生が大きくなり、全系の結像性能を劣化させてしまう。これを避けるためには、第２レンズ群Ｇ２の負屈折力を小さくすることとなり、倍率βが小さくなって絞り径が大きくなり、本願の目的に反してくる。条件式（２）の上限を上回ると、第１副群Ｇ１ａの屈折力が小さくなる。この場合、第２副群Ｇ１ｂの正屈折力が大きくなって、球面収差が増加し、フォーカス時の収差変動も大きくなって、撮影範囲全域での性能劣化につながる。これを避けるためには群間隔ｄａｂを大きくする必要があるが、全系のレンズ全長が長くなり、重量も大きくなって問題である。

条件式（３）は、第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂとの群間隔ｄａｂと、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との群間隔ｄ１２との適切な関係を規定している。条件式（３）の下限を下回れば倍率βに対して感度の大きいｄ１２が大きく、感度の小さいｄａｂが小さくできて、レンズ全長は短くできて良いが、軸外光の第１レンズ群Ｇ１を通る光線高さが大きくなって、周辺光量を確保するために前玉径を大きくしなければならず問題がある。これを解決するために第２副群Ｇ１ｂの正屈折力を強くすることも考えられるが、至近性能等結像性能上の問題が生じてしまう。上限を上回れば、レンズ全長が大きくなったり、前玉径が大きくなったり、レンズ系全体のコンパクト化に逆行するので良くない。

条件式（４）〜（６）は、絞り径を小さく抑えつつ、高性能を維持し、諸収差を小さく抑えるための条件である。
条件式（４）は、第１副群Ｇ１ａにおいて最も物体側にある正レンズＬ１１の前後面の曲率半径Ｒ１，Ｒ２に関するものである。条件式（４）の下限を下回ると、正レンズＬ１１の物体側の曲率半径Ｒ１が、像面側の曲率半径Ｒ２より絶対値で大きくなり、球面収差の発生が大きくなる。この場合、他の面における曲率を変えると画面全域での結像性能に影響する。この弊害を回避するために正レンズＬ１１の屈折力を弱くするとレンズ全長が大きくなりすぎたり、後続の正レンズＬ１２の屈折力を強くして補う必要があり、性能全体のバランスを崩してしまう。上限を上回れば像面倒れが大きくなり、これを他のレンズ面で補正しようとすると、球面収差の発生により性能バランスが悪くなる。

条件式（５）は、第２副群Ｇ１ｂにおいて最も像面側に面したレンズ面の曲率半径Ｒ９と第２副群Ｇ１ｂの焦点距離ｆ１ｂとの適切な関係を規定している。特に全系での球面収差を極力小さくし、かつ物体側の距離変化に対して、第２レンズ群Ｇ２でフォーカスしたときの球面収差の増加を抑えるための条件である。本実施の形態に係る望遠レンズでは、第２副群Ｇ１ｂの正屈折力を大きくしている。このため第２副群Ｇ１ｂを構成するレンズ面の曲率半径の決定は重要である。条件式（５）の下限を下回ると、正レンズＬ１５の形状が像面側に凸の傾向が強くなり、負の球面収差や像面倒れが過度に発生し近距離に対する中心像劣化をきたし良くない。逆に上限を上回れば、過剰な球面収差の発生や正の像面倒れが生じ、他のレンズ面の曲率を変えると、画面の中心と周辺とで結像性能に差異が生じるため、中心と周辺とで結像性能のバランスが取れなくなる。

条件式（６）は、第１副群Ｇ１ａと第２副群Ｇ１ｂとの群間隔ｄａｂと全系の焦点距離ｆとの適切な関係を規定している。条件式（６）の下限値を下回ると、群間隔ｄａｂが小さくなって倍率βを維持するために第１副群Ｇ１ａの正屈折力を強めるか、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との群間隔ｄ１２を大きくすることが必要となるが、共に過度の球面収差や像面倒れを発生させる。逆に上限を上回れば、レンズ全長が過度に大きくなったり周辺光量の低下につながる。前群レンズのより大口径化が必要となり弊害が大きい。

条件式（７）は、第４レンズ群Ｇ４における最も物体側の負レンズＬ４１の適切なアッベ数νｎ１の値を規定している。第４レンズ群Ｇ４は、全体として負の屈折力を有しているので、第１〜第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３に対してテレコンバータの役割を担っている。このため全系のレンズ全長を短くする効果があるが、一方では全系のバックフォーカスを短くしすぎるきらいがある。一方で、種々の作画効果が得られるよう各種フィルタを第４レンズ群Ｇ４と像面との間に配設する場合には、所定以上のバックフォーカスが必要である。以上の相反する条件を満たすため、第４レンズ群Ｇ４の最も物体側面には負レンズＬ４１を先行させ、後続の正レンズＬ４２と接合し、この接合面の曲率を物体側に凸の強い面とすることで、両レンズの屈折率差を利用して像面の平坦化を達成すると共に、使用硝材のアッベ数を条件式（７）で示される範囲内にすることで、色収差も良好に補正できる。

条件式（８）は、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４の合成焦点距離ｆｍに対する、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３の適切な関係を規定している。この望遠レンズでは、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の合成系がほぼアフォーカルであり、これらで構成される望遠系の倍率βが限られるとき、合成焦点距離ｆｍも限定される。従って第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３は、条件式（８）の下限を超えて短くすると第４レンズ群Ｇ４による拡大率が増し、望遠効果が大きくなってレンズ全長は、短くなるが、バックフォーカスも短くなって、後続のフィルタ類を配設する場所を確保するのが困難である。また、第３レンズ群Ｇ３を防振機能群としたときも光軸Ｚ１から垂直方向に移動したときの性能劣化が大きくなってしまう。逆に条件式（８）の上限を超えて第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３が長くなるとレンズ全長が大きくなって良くない。また第３レンズ群Ｇ３を防振補正のため垂直方向に移動させるときのシフト量が大きくなり、可動スペースが大きくなって鏡胴径を大きくしてしまう。

以上のようにして、本実施の形態に係る望遠レンズによれば、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを配置すると共に、第２レンズ群Ｇ２をフォーカス群とし、従来とは異なる適切な条件を満足して構成の最適化を図るようにしたので、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得ることができる。

特に、絞り径を小さくし、移動群のレンズ重量を軽減することで、フォーカスや防振に対する応答性のよい、銀塩もしくはデジタル一眼レフカメラに好適な望遠レンズ系を提供できる。また、第１レンズ群Ｇ１の前方に保護ガラスを付加することで、キズのつきやすい異常分散ガラスを保護すると共に、屈折力のない弱い曲率をつけることで結像面からの反射を予防することもでき、昨今のデジタル仕様にも対応できる。

次に、本実施の形態に係る望遠レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１ないし第５の数値実施例をまとめて説明する。

図１（Ａ）に示した第１の構成例の無限遠合焦状態での構成に対応する具体的なレンズデータを実施例１として、図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜２８）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１（Ａ）において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｉの欄には、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との間のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。

また、図６（Ｂ）には、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）、および画角２ω（ω＝半画角）の値を示す。この望遠レンズは、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、第２レンズ群Ｇ２が光軸方向で像面側に移動する。このため、第２レンズ群Ｇ２の前後の面間隔Ｄ９，Ｄ１４は、フォーカシングに際し変化する。図６（Ｂ）にはまた、このフォーカシングに際し変化する面間隔Ｄ９，Ｄ１４の値を、無限遠合焦状態と近距離合焦状態（２．９ｍ）とについて示す。

以上の実施例１に係る望遠レンズと同様にして、図２（Ａ）に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例２として、図７（Ａ）に、その諸データを図７（Ｂ）に示す。また同様に、図３（Ａ）に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例３として、図８（Ａ）に、その諸データを図８（Ｂ）に示す。同様に、図４（Ａ）に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例４として、図９（Ａ）に、その諸データを図９（Ｂ）に示す。同様に、図５（Ａ）に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例５として、図１０（Ａ）に、その諸データを図１０（Ｂ）に示す。

以上のデータから分かるように、各実施例について、Ｆナンバーは約２．８、全系の焦点距離は約４００ｍｍとなっている。また、絞り開放径はφ３８．６７ｍｍ〜φ３９．１２ｍｍとなっている。
なお、絞り開放径は、具体的には各実施例について以下のとおりである。
実施例１：φ３８．６７ｍｍ
実施例２：φ３８．９０ｍｍ
実施例３：φ３９．１２ｍｍ
実施例４：φ３８．７０ｍｍ
実施例５：φ３８．６８ｍｍ

図１１には、上述の条件式（１）〜（８）に関する値を各実施例についてまとめて示す。図１１から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での球面収差、像面湾曲、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差を示している。また、図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係る望遠レンズの近距離合焦状態（２．９ｍ）での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図、像面湾曲、および倍率色収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。像面湾曲図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ＦＮｏ．はＦ値、Ｙは像高を示す。

同様にして、実施例２に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）に、近距離合焦状態での諸収差を図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）に示す。また同様にして、実施例３に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図１６（Ａ）〜図１６（Ｄ）に、近距離合焦状態での諸収差を図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）に示す。同様にして、実施例４に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）に、近距離合焦状態での諸収差を図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）に示す。同様にして、実施例５に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）に、近距離合焦状態での諸収差を図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）に示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群が小型化され、大口径比で超望遠型のレンズ系が実現できている。特に、本実施例では、Ｆ２．８／４００として絞り開放径がφ３８．６７ｍｍ〜φ３９．１２ｍｍとなっている。一方、従来では、特許文献１（特開平６−２０１９８９号公報）および特許文献２（特開平８−３２７８９７号公報）に、Ｆ２．８／３００で絞り開放径φ３８．６８ｍｍ，３８．２６ｍｍの構成例がある。本実施例ではこれよりも焦点距離が長いにも関わらず、絞り開放径がほぼ同値である。また、特許文献４（特開平１１−１６０６１７号公報）には、Ｆ２．８／４００で絞り開放径φ５０．３９ｍｍの構成例があるが、本実施例ではこれよりも絞り開放径が十分に小さい。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

本発明の実施例１に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、（Ａ）は無限遠合焦状態での断面、（Ｂ）は近距離合焦状態での断面を示す。本発明の実施例２に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、（Ａ）は無限遠合焦状態での断面、（Ｂ）は近距離合焦状態での断面を示す。本発明の実施例３に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、（Ａ）は無限遠合焦状態での断面、（Ｂ）は近距離合焦状態での断面を示す。本発明の実施例４に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、（Ａ）は無限遠合焦状態での断面、（Ｂ）は近距離合焦状態での断面を示す。本発明の実施例５に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、（Ａ）は無限遠合焦状態での断面、（Ｂ）は近距離合焦状態での断面を示す。本発明の実施例１に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。本発明の実施例２に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。本発明の実施例３に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。本発明の実施例４に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。本発明の実施例５に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。本発明の実施例１に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例１に係る望遠レンズの近距離合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例２に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例２に係る望遠レンズの近距離合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例３に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例３に係る望遠レンズの近距離合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例４に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例４に係る望遠レンズの近距離合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例５に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の実施例５に係る望遠レンズの近距離合焦状態での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。

符号の説明

Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ１ａ…第１副群、Ｇ１ｂ…第２副群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、ＬＦ…光学部材、Ｓｔ…絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims

物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、前記第２レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、
前記第１レンズ群は、２枚の両凸レンズと１枚の両凹レンズとからなる第１副群と、負レンズと正レンズとからなる第２副群とからなり、
前記第４レンズ群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとからなり、
かつ、以下の条件式を満足する
ことを特徴とする望遠レンズ。
１．５＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜２．２ ……（１）
０．８５＜ｆ１ａ／ｆ＜１．０５ ……（２）
３．０＜ｄａｂ／ｄ１２＜６．０ ……（３）
ただし、
ｆ１ａ：第１副群の焦点距離
ｆ１ｂ：第２副群の焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
ｄａｂ：第１副群と第２副群との軸上間隔
ｄ１２：第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔
とする。
さらに、以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載の望遠レンズ。
−０．０５＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２−Ｒ１）＜０．３０ ……（４）
−０．５０＜ｆ１ｂ／Ｒ９＜０．０ ……（５）
０．２７＜ｄａｂ／ｆ＜０．３５ ……（６）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１ｂ：第２副群の焦点距離
ｄａｂ：第１副群と第２副群との軸上間隔
Ｒ１：第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径
Ｒ２：第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
Ｒ９：第２副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
とする。
前記第４レンズ群における最も物体側の負レンズのアッベ数をνｎ１としたとき、以下の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の望遠レンズ。
４０＜νｎ１＜５５ ……（７）
さらに、以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の望遠レンズ。
０．６５＜ｆ３／ｆｍ＜０．８ ……（８）
ただし、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｍ：第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離
とする。
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、前記第２レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、
前記第１レンズ群は、２枚の両凸レンズと１枚の両凹レンズとからなる第１副群と、負レンズと正レンズとからなる第２副群とからなり、
前記第４レンズ群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとからなり、
かつ、以下の条件式を満足する
ことを特徴とする望遠レンズ。
−０．０５＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２−Ｒ１）＜０．３０ ……（４）
０．２７＜ｄａｂ／ｆ＜０．３５ ……（６）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｄａｂ：第１副群と第２副群との軸上間隔
Ｒ１：第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径
Ｒ２：第１副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
とする。
さらに、以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項５に記載の望遠レンズ。
−０．５０＜ｆ１ｂ／Ｒ９＜０．０ ……（５）
ただし、
ｆ１ｂ：第２副群の焦点距離
Ｒ９：第２副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
とする。
前記第４レンズ群における最も物体側の負レンズのアッベ数をνｎ１としたとき、以下の条件を満足する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の望遠レンズ。
４０＜νｎ１＜５５ ……（７）
さらに、以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の望遠レンズ。
０．６５＜ｆ３／ｆｍ＜０．８ ……（８）
ただし、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｍ：第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離
とする。