JPH08248318A - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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Publication number
JPH08248318A
JPH08248318A JP7048665A JP4866595A JPH08248318A JP H08248318 A JPH08248318 A JP H08248318A JP 7048665 A JP7048665 A JP 7048665A JP 4866595 A JP4866595 A JP 4866595A JP H08248318 A JPH08248318 A JP H08248318A
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JP
Japan
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lens
group
angle
refractive power
prism
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JP7048665A
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Yusuke Nanjo
雄介 南條
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/144—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
    • G02B15/1441—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive
    • G02B15/144113—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】ビデオカメラを分厚くも細長くもせずにデザイ
ンの自由度を高めることができ、また広角端の画角が広
い割には前玉径を小さくできるズームレンズを得る。 【構成】物体側より順に、正の屈折力を有する第１群１
１と、負の屈折力を有する第２群１２と、絞り１５と、
正の屈折力を有する第３群１３ と、正の屈折力を有す
る第４群１４とを配置してズームレンズ１０を構成す
る。第１群１１と第２群１２は変倍系を構成する。凹レ
ンズＬ１、直角プリズムＰ、凸レンズＬ２、凹レンズＬ
３及び凸レンズＬ４の接合レンズを物体側より順に配し
て第１群１１を構成する。物体からの光線の光軸は直角
プリズムＰで直角に曲げられるため、入射光軸方向の長
さが大幅に短くなる。直角プリズムＰの介在で凹レンズ
Ｌ１とＬ２〜Ｌ４のレンズ群の間隔が広がって第１群１
１の後側主点を後ろに寄せる構成となり、第１群１１の
焦点距離を短くできて広角化に有利となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばビデオカメラ
等に適用して好適なズームレンズに関する。詳しくは、
変倍系を構成する第１郡を第１の凹レンズ、直角プリズ
ム、第１の凸レンズ、第２の凹レンズおよび第２の凸レ
ンズの接合レンズを配した構成とすることによって、入
射光軸方向の長さを大幅に短くすると共に、広角端の画
角が広い割に前玉径を小さくできるようにしたズームレ
ンズに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ビデオカメラに使用されるズーム
レンズは、全体として正、負、正、正の屈折力配置で、
固定の第３群の直前に絞りを配置し、負の屈折力の第２
群を移動して主に変倍を行うと共に、正の屈折力の第４
群を移動して焦点位置を調節する、いわゆるインナーフ
ォーカス式ズームレンズになっている。このインナーフ
ォーカス式ズームレンズを使用することで、従来のいわ
ゆる前玉繰り出し式ズームレンズを使用するものに比べ
てビデオカメラの小型化を達成できる（特開平３−３３
７１０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インナーフォ
ーカス式ズームレンズになって小型化が達成されたと言
っても、非球面レンズの効果と合わせて、前玉繰り出し
式ズームレンズに比べて全長比でおよそ７０％程度にな
っただけで、撮像素子の厚みや撮像素子の後ろに置く回
路基板の厚みも含めて考えると、光学系全長が短くなっ
たほどには、ビデオカメラ全体の小型化には寄与してい
ない。ビデオカメラのデザインは、メカデッキと電池と
レンズの配置とでほぼ決まると言っても過言ではなく、
直方体のメカデッキの横にレンズを配置すれば分厚いデ
ザインになり、メカデッキの前に配置すれば薄くて細長
いデザインとなる。
【０００４】この発明は、ビデオカメラを分厚くも細長
くもせずにデザインの自由度を高めることができるズー
ムレンズを提供することを目的とする。また、この発明
は、スチルカメラ用標準ズームレンズに比べて広角端の
画角が狭いというビデオカメラ用高倍率ズームレンズの
欠点を解決することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、物体側より
順に、正の屈折力を有する第１群と負の屈折力を有する
第２群とよりなる変倍系と、絞りと、正の屈折力を有し
常時固定の第３群と、正の屈折力を有し変倍時および被
写体距離の変化時等に焦点位置を調節するための移動可
能な第４群とが配置されたズームレンズにおいて、第１
群は、第１の凹レンズ、直角プリズム、第１の凸レン
ズ、第２の凹レンズおよび第２の凸レンズの接合レンズ
が物体側より順に配されてなるものである。
【０００６】
【作用】物体（被写体）からの光線は、第１群を構成す
る第１の凹レンズを通過し、直角プリズムで光軸方向が
直角に曲げられ、その後に第１群を構成する第１の凸レ
ンズ、第２の凹レンズおよび第２の凸レンズの接合レン
ズを通過して第２群に入射される。主光線は第１の凹レ
ンズで傾角が小さくされて直角プリズムに入射される。
また、第１の凹レンズと全体で正の屈折力を持つ第１の
凸レンズ、第２の凹レンズ、第２の凸レンズのレンズ群
とは直角プリズムを介在させることで間隔が広がり、第
１群の後側主点を後ろに寄せる構成となる。
【０００７】
【実施例】以下、図１を参照しながら、この発明に係る
ズームレンズの一実施例について説明する。本例のズー
ムレンズ１０は、物体側より順に、正の屈折力を有する
第１群１１と、負の屈折力を有する第２群１２と、絞り
１５と、正の屈折力を有する第３群１３と、正の屈折力
を有する第４群１４とが配置されて構成される。第１群
１１と第２群１２とは変倍系を構成しており、第２群１
２を移動して変倍が行われる。また、第４群１４を移動
させることで変倍時および被写体距離の変化時等に焦点
位置が調節される。なお、第４群１４と像面との間には
平面ガラスよりなる光学フィルタ１６が配置される。
【０００８】第１群１１は、凹レンズＬ１、直角プリズ
ムＰ、凸レンズＬ２、凹レンズＬ３および凸レンズＬ４
の接合レンズが物体側より順に配されて構成される。直
角プリズムＰは、凹レンズＬ１を通過した光線の光軸を
直角に曲げるように作用する。凸レンズＬ４は、後述す
る実施例１では球面レンズとされるが、後述する実施例
２では像側の面が非球面とされる。また、第２群１２
は、凹レンズＬ５、凹レンズＬ６および凸レンズＬ７が
物体側より順に配されて構成される。
【０００９】また、第３群１３は、凸レンズＬ８、凸レ
ンズＬ９および凹レンズＬ１０が物体側より順に配され
て構成される。凸レンズＬ８の物体側の面は非球面とさ
れる。また、第４群１４は、屈折力の弱いレンズＬ１１
および両凸レンズＬ１２が物体側より順に配されて構成
される。レンズＬ１１はプラスチック製で、像側の面は
非球面とされる。レンズＬ１１は屈折力が極めて弱く、
厚みが薄いので、成形時の収縮や温度変化による面精度
の誤差が性能に及ぼす敏感度が小さいという特長があ
り、コストの削減と高性能化を両立させている。
【００１０】また、本例のズームレンズ１０は、実結果
等に基づき、以下の（１）〜（３）の条件を満足するよ
うに形成されている。なお、（１）および（２）の条
件、または（３）の条件のいずれかを満足するように形
成してもよい。
【００１１】（１） 1.72＜ｎ1 （２） −7＜ν1−ν2＜15 （３） 1.65＜ｎP ただし、ｎ1：凹レンズＬ１の媒質のｅ線における屈折
率 ν1：凹レンズＬ１の媒質のｅ線におけるアッベ数 ν2：凸レンズＬ２の媒質のｅ線におけるアッベ数 ｎP：直角プリズムＰの媒質のｅ線における屈折率
【００１２】（１）の条件は、広角端における主光線の
光線高が最も高い凹レンズＬ１から発生する樽型の歪曲
収差を小さく抑えるための条件で、屈折率ｎiを高くす
ることでｒ2面の曲率を緩くでき、歪曲収差の補正を容
易にする。
【００１３】（２）の条件は、広角端における倍率の色
収差の補正に関するものである。凹レンズＬ１で発生し
た倍率の色収差は、主光線の光線高が比較的高い凸レン
ズＬ２で補正する必要がある。（１）の条件とガラスの
コストなどから凹レンズＬ１のガラスを決めると、倍率
の色収差の補正には凸レンズＬ２のアッベ数が下限を越
えるとｇ線が内側に滲み、上限を越えるとｇ線が外側に
滲むとともに望遠端の軸上色収差の補正が困難となる。
【００１４】（３）の条件は、直角プリズムＰで全反射
を起こさせるためのもので、直角プリズムＰの屈折率ｎ
pを高くすることで、広角端の主光線の直角プリズムＰ
内での傾角を小さくするとともに、臨界角を大きくして
全反射を応用できるようにし、光量損失を最小限にす
る。
【００１５】以上の構成において、物体（被写体）から
の光線は、第１群１１を構成する凹レンズＬ１を通過
し、直角プリズムＰで光軸方向が直角に曲げられ、その
後に第１群１１を構成する凸レンズＬ２、凹レンズＬ３
および凸レンズＬ４の接合レンズを通過し、さらに第２
群１２、絞り１５、第３群１３、第４群１４および光学
フィルタ１６を通過して像面に到達する。この場合、直
角プリズムＰで光軸を１回折り曲げることにより、撮像
素子上の像は左右または上下が反転した像となるが、ビ
デオカメラでは信号処理などで正立正像に直すことは容
易にできる。
【００１６】以下に、実施例１および実施例２の数値例
を示す。この数値例において、ｒi（ｉ＝１〜２６）は
ｉ番目の面の曲率半径[mm]、ｄi （ｉ＝１〜２５）はｉ
番目の面間隔[mm]、ｎj （ｊ＝１〜１３）はｊ番目の媒
質のｅ線における屈折率、νj（ｊ＝１〜１３）はｊ番
目の媒質のｅ線におけるアッベ数、ｎpは直角プリズム
Ｐの媒質のｅ線における屈折率、νpは直角プリズムＰ
の媒質のｅ線におけるアッベ数である。
【００１７】［実施例１］ Ａ．（各面の曲率半径、各面の間隔、各媒質の屈折率、各媒質のアッベ数） ｒ1 400. ｄ1 1. ｎ1 1.83930 ν1 37.1 ｒ2 38.253 ｄ2 4.3 ｒ3 ∞ ｄ3 10. ｎP 1.70559 νP 40.9 ｒ4 ∞ ｄ4 9.5 ｎP 1.70559 νP 40.9 ｒ5 ∞ ｄ5 1. ｒ6 61.845 ｄ6 2.75 ｎ2 1.83930 ν2 37.1 ｒ7 -61.845 ｄ7 0.2 ｒ8 16.539 ｄ8 0.75 ｎ3 1.85505 ν3 23.6 ｒ9 10.101 ｄ9 4.815 ｎ4 1.69980 ν4 55.3 ｒ10 62.756 ｄ10 ｒ11 94.821 ｄ11 0.5 ｎ5 1.83930 ν5 37.1 ｒ12 5.389 ｄ12 1.72 ｒ13 -6.762 ｄ13 0.5 ｎ6 1.66152 ν6 50.6 ｒ14 7.132 ｄ14 1.823 ｎ7 1.85505 ν7 23.6 ｒ15 -32.461 ｄ15 ｒ16 7.096 ｄ16 4.183 ｎ8 1.69661 ν8 53.0 ｒ17 -25.713 ｄ17 0.2 ｒ18 20.07 ｄ18 2.064 ｎ9 1.51872 ν9 64.0 ｒ19 -29.137 ｄ19 0.5 ｎ10 1.85505 ν10 23.6 ｒ20 7.517 ｄ20 ｒ21 10. ｄ21 0.8 ｎ11 1.494 ν11 56.8 ｒ22 10. ｄ22 0.2 ｒ23 8.167 ｄ23 2.943 ｎ12 1.51872 ν12 64.0 ｒ24 -13.305 ｄ24 ｒ25 ∞ ｄ25 3.32 ｎ13 1.55898 ν13 58.3 ｒ26 ∞
【００１８】 Ｂ．（非球面係数） 非球面係数 Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 ｒ16面 -0.3923×10-3 -0.4897×10-5 0.3836×10-7 -0.3000×10-8 ｒ22面 0.9229×10-3 0.1212×10-4 -0.4148×10-8 0.1810×10-8 非球面の定義：χi＝Ｈ2／ｒi｛１＋（１−Ｈ2／ｒi 2）
1/2｝＋ΣＡjＨj ただし、χi：非球面の深さ Ｈ ：光軸からの高さ
【００１９】Ｃ．（絞りの位置、焦点位置） 絞りはｒ16面の前方0.7mm、焦点位置はｒ26面の後方2.0
mm
【００２０】Ｄ．（焦点距離ｆ[mm]に対応した各面の間
隔） 焦点距離ｆ 3.72 14.296 28.644 Ｆナンバー 1.43 1.92 2.35 ｄ10 0.9 10.172 13.507 ｄ15 14.757 5.485 2.15 ｄ20 3.884 1.441 3.874 ｄ24 2.213 4.657 2.223
【００２１】図２、図３および図４は、それぞれｆ＝3.
72、ｆ＝14.296およびｆ＝28.644であるときの球面収
差、非点収差、歪曲収差を示している。すなわち、図２
は広角端、図３は中間の焦点距離、図４は望遠端におけ
るものである。図２〜図４において、実線ｅはｅ線にお
ける球面収差、一点鎖線ｃはｃ線における球面収差、破
線ｇはｇ線における球面収差を示している。また、図２
〜図４において、実線Ｓはサジタル平面における非点収
差、破線Ｍはメリジオナル平面における非点収差であ
る。なお、ＦはＦナンバー、ωは半画角を示している。
【００２２】［実施例２］ Ａ．（各面の曲率半径、各面の間隔、各媒質の屈折率、各媒質のアッベ数） ｒ1 315.511 ｄ1 1. ｎ1 1.77621 ν1 49.4 ｒ2 35.068 ｄ2 6.464 ｒ3 ∞ ｄ3 10. ｎP 1.70559 νP 40.9 ｒ4 ∞ ｄ4 9.5 ｎP 1.70559 νP 40.9 ｒ5 ∞ ｄ5 0.5 ｒ6 25.67 ｄ6 3.62 ｎ2 1.83930 ν2 37.1 ｒ7 -270.691 ｄ7 0.2 ｒ8 24.568 ｄ8 0.75 ｎ3 1.85505 ν3 23.6 ｒ9 11.111 ｄ9 4.702 ｎ4 1.69661 ν4 53.0 ｒ10 75.94 ｄ10 ｒ11 20.69 ｄ11 0.5 ｎ5 1.83962 ν5 42.8 ｒ12 5.469 ｄ12 2.064 ｒ13 -6.748 ｄ13 0.5 ｎ6 1.66152 ν6 50.6 ｒ14 7.407 ｄ14 1.765 ｎ7 1.85505 ν7 23.6 ｒ15 -80.117 ｄ15 ｒ16 8.771 ｄ16 2.897 ｎ8 1.69661 ν8 53.0 ｒ17 -79.477 ｄ17 0.2 ｒ18 7.106 ｄ18 3.111 ｎ9 1.51978 ν9 51.9 ｒ19 -66.263 ｄ19 0.5 ｎ10 1.85505 ν10 23.6 ｒ20 5.762 ｄ20 ｒ21 10. ｄ21 0.8 ｎ11 1.494 ν11 56.8 ｒ22 10. ｄ22 0.2 ｒ23 7.657 ｄ23 2.691 ｎ12 1.51872 ν12 64.0 ｒ24 -16.529 ｄ24 ｒ25 ∞ ｄ25 3.32 ｎ13 1.55898 ν13 58.3 ｒ26 ∞
【００２３】 Ｂ．（非球面係数） 非球面係数 Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 ｒ10面 0.1383×10-4 0.4175×10-7 ｒ16面 -0.1518×10-3 -0.1521×10-5 ｒ22面 0.9186×10-3 -0.1178×10-4 0.1273×10-5 -0.2186×10-7
【００２４】Ｃ．（絞りの位置、焦点位置） 絞りはｒ16面の前方0.7mm、焦点位置はｒ26面の後方2.0
mm
【００２５】Ｄ．（焦点距離ｆ[mm]に対応した各面の間
隔） 焦点距離ｆ 3.72 17.336 35.711 Ｆナンバー 1.63 1.88 2.55 ｄ10 0.9 12.482 16.214 ｄ15 17.464 5.882 2.15 ｄ20 4.826 1.555 4.816 ｄ24 2.104 5.285 2.024
【００２６】図５、図６および図７は、それぞれｆ＝3.
72、ｆ＝17.336およびｆ＝35.711であるときの球面収
差、非点収差、歪曲収差を示している。すなわち、図５
は広角端、図６は中間の焦点距離、図７は望遠端におけ
るものである。図５〜図７において、実線ｅはｅ線にお
ける球面収差、一点鎖線ｃはｃ線における球面収差、破
線ｇはｇ線における球面収差を示している。また、図５
〜図７において、実線Ｓはサジタル平面における非点収
差、破線Ｍはメリジオナル平面における非点収差であ
る。なお、ＦはＦナンバー、ωは半画角を示している。
【００２７】以上説明した本例のズームレンズ１０にお
いては、第１群１１を構成する直角プリズムＰで光軸が
直角に曲げられるため、入射光軸方向の長さを大幅に短
くできる。そのため、例えばビデオカメラに使用する場
合、直方体のメカデッキの前に配置することで、ビデオ
カメラを分厚くも細長くもしないようにできる。
【００２８】また、本例のズームレンズ１０において
は、広角端の画角が広いわりには前玉径を小さくでき
る。すなわち、凹レンズＬ１で主光線の傾角を小さくし
たあとに直角プリズムＰを配置しているので、画角が広
いにも拘らず直角プリズムＰは小さくて済む。また、凹
レンズＬ１と全体で正の屈折力を持つＬ２，Ｌ３，Ｌ４
のレンズ群とは、直角プリズムＰが介在されることで間
隔が広がり、第１群１１の後側主点を後ろに寄せる構成
となるため、第１群１１の焦点距離を短くできて広角化
に有利となる。
【００２９】なお、直角プリズムＰを従来のズームレン
ズの前に配置する場合を考えると、画角を包含する大き
さの直角プリズムＰが必要となり、広角化すると直角プ
リズムＰが巨大になる。また、第１群１１と第２群１２
の間隔を広げて直角プリズムＰを配置する場合を考える
と、第１群１１と第２群１２の間では主光線の傾角が入
射傾角より大きいため、直角プリズムＰはさらに巨大に
なる。さらに、第２群１２の移動空間より後ろに直角プ
リズムＰを配置する場合を考えると、入射光軸の長さを
大幅に短くできなくなる。
【００３０】また、本例のズームレンズ１０において
は、第１群１１を構成する凸レンズ１４の像側の面を非
球面としたので、光軸を折り曲げた後のレンズ全長を短
縮することと、ズーム比の高倍率化とを両立させること
ができる。すなわち、第１群１１と第２群１２の屈折力
を強くして第２群１２の小さい移動量で大きな変倍比を
得ようとすると、望遠端で第１群１１から発生する球面
収差とコマ収差の補正が困難になる。第１群１１に非球
面を使い、近軸球面に対して補正不足型の球面収差を補
正する方向に非球面化することで大きな効果を得ること
ができる。光束が広がったレンズＬ２，Ｌ３，Ｌ４のい
ずれかに非球面を導入すれば同様の効果が得られるが、
レンズＬ４を非球面とすることで、非球面の製造が容易
で安価に実現できる。
【００３１】
【発明の効果】この発明は、変倍系を構成する第１群を
第１の凹レンズ、直角プリズム、第１の凸レンズ、第２
の凹レンズおよび第２の凸レンズの接合レンズを配した
構成とするため、入射光軸方向の長さを大幅に短くでき
る。これにより、例えばビデオカメラに使用する場合に
直方体のメカデッキの前に配置することで、ビデオカメ
ラを分厚くも細長くもしないようにでき、デザインの自
由度を高めることができる。
【００３２】また、直角プリズムが第１の凹レンズと第
１の凸レンズとの間に配されており、第１の凹レンズで
主光線の傾角を小さくしたあとに直角プリズムを配置し
ているため、画角が広いにも拘らず直角プリズムは小さ
くて済む。しかも、第１の凹レンズと全体で正の屈折力
を持つ第１の凸レンズ、第２の凹レンズ、第２の凸レン
ズのレンズ群とは、直角プリズムが介在されることで間
隔が広がり、第１群の後側主点を後ろに寄せる構成とな
るため、第１群の焦点距離を短くできて広角化に有利と
なる。これにより、広角端の画角が広いわりには前玉径
を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るズームレンズの実施例の構成を
示す図である。
【図２】実施例１の広角端における球面収差、非点収
差、歪曲収差を示す図である。
【図３】実施例１の中間の焦点距離における球面収差、
非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図４】実施例１の望遠端における球面収差、非点収
差、歪曲収差を示す図である。
【図５】実施例２の広角端における球面収差、非点収
差、歪曲収差を示す図である。
【図６】実施例２の中間の焦点距離における球面収差、
非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図７】実施例２の望遠端における球面収差、非点収
差、歪曲収差を示す図である。
【符号の説明】
１０ ズームレンズ １１ 第１群 １２ 第２群 １３ 第３群 １４ 第４群 １５ 絞り １６ 光学フィルタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側より順に、正の屈折力を有する第
    １群と負の屈折力を有する第２群とよりなる変倍系と、
    絞りと、正の屈折力を有し常時固定の第３群と、正の屈
    折力を有し変倍時および被写体距離の変化時等に焦点位
    置を調節するための移動可能な第４群とが配置されたズ
    ームレンズにおいて、 上記第１群は、第１の凹レンズ、直角プリズム、第１の
    凸レンズ、第２の凹レンズおよび第２の凸レンズの接合
    レンズが上記物体側より順に配されてなるズームレン
    ズ。
  2. 【請求項２】 上記第１群が下記（１）、（２）の条件
    をほぼ満足することを特徴とする請求項１に記載のズー
    ムレンズ。 （１） 1.72＜ｎ1 （２） −7＜ν1−ν2＜15 ただし、ｎ1：第１の凹レンズの媒質のｅ線における屈
    折率 ν1：第１の凹レンズの媒質のｅ線におけるアッベ数 ν2：第１の凸レンズの媒質のｅ線におけるアッベ数
  3. 【請求項３】 上記第１群が下記（１）の条件をほぼ満
    足することを特徴とする請求項１に記載のズームレン
    ズ。 （１） 1.65＜ｎP ただし、ｎP：直角プリズムの媒質のｅ線における屈折
    率
  4. 【請求項４】 上記第１群の第２の凸レンズの像側の面
    が非球面であることを特徴とする請求項１に記載のズー
    ムレンズ。
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