WO2010090281A1 - マクロレンズ - Google Patents

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WO2010090281A1
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香織 清水
久幸 山中
Original Assignee
株式会社タムロン
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14Optical 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
    • G02B15/144Optical 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
    • G02B15/1441Optical 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
    • G02B15/144105Optical 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 +-+-

Definitions

  • the present invention relates to a macro lens, and more particularly, to a macro lens that can be photographed at a wide range of object distances from an infinite object to a photographing magnification of the same magnification in a photographic camera, a video camera, an electronic still camera, and the like.
  • the conventional macro lens focusing method is a front lens feeding method that moves the lens unit closest to the object side for focusing, and an inner focus method that moves the lens unit other than the lens unit closest to the object side for focusing. It has been known.
  • the front lens payout system moves the largest and heaviest lens group closest to the object for focusing. Accordingly, in a lens combining a front lens feeding type macro lens and an autofocus mechanism, there is a limit to the autofocus driving force, and the front lens feeding type macro lens has a problem that rapid focusing is difficult.
  • the inner focus method is suitable for performing quick focusing because a relatively light lens group other than the lens group closest to the object side is moved for focusing.
  • the inner focus method has a problem that the aberration variation with respect to the change in the object distance, particularly the spherical aberration variation, is larger than the front lens feeding method. This tendency becomes more prominent as the aperture ratio becomes larger.
  • the conventional inner focus type macro lens has an F number of about 2.8 or more.
  • the macro lens disclosed in Patent Document 1 capable of shooting magnification up to the same magnification has four lens groups, the principal point distance between the first lens group and the second lens group is negative, and a short distance from an infinite object.
  • the first lens group is fixed, the second lens group is moved to the image side, and the third lens group is moved to the object side to perform floating.
  • the focal length is 50.0 to 60.0 mm, and the F number is 2.8 to 2.9.
  • the macro lens of Patent Document 2 capable of shooting magnification up to the same magnification is, in order from the object side, a first lens group having a positive power, a second lens group having a negative power, a third lens group having a positive power,
  • the fourth lens unit has a negative power, and when focusing from infinity to the closest distance, the first lens unit is fixed, the second lens unit is moved to the image side, and the third lens unit is moved to the object side. It is a photographic lens that moves and satisfies the following conditional expressions simultaneously.
  • the macro lens of Patent Document 3 capable of shooting magnification up to the same magnification is, in order from the object side, a positive first lens group, a negative second lens group, a positive third lens group, and a negative fourth lens group.
  • the telephoto macro lens system in which the second lens group moves to the image side and the third lens group moves to the object side during focusing from the infinity shooting distance to the shortest shooting distance, the following conditional expression (1 Telephoto macro lens system that satisfies).
  • the above-described conventional inner focus type macro lens has excellent spherical aberration, astigmatism, and coma aberration over the entire range from infinity to the same magnification when taking an F-number of 2.5 or less. It becomes difficult to correct.
  • the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a rear lens system behind the third lens group.
  • An inner focus type macro lens that fixes the first lens group during focusing from infinity to a short distance, moves the second lens group to the image side, and moves the third lens group to the object side
  • the first lens group is an inner focus type macro lens including at least four positive lenses and one negative lens, and three object side lenses in the first lens group are positive lenses.
  • the inner focus type macro lens of the present invention has a large aperture of F number of 2.5 or less, yet maintains compactness, and aberration variation over the entire range from infinity to photographic magnification, especially spherical aberration. This has the effect that a macro lens with reduced fluctuations can be configured.
  • spherical aberration tends to be under when focusing from an object at infinity to a short distance. This is because the axial luminous flux incident on the first lens group is rapidly converged by the positive lens of the first lens group, particularly in a lens with a short minimum shooting distance such as a macro lens during short-distance focusing. It is.
  • the larger the aperture lens as in the present embodiment the larger the spherical aberration with respect to the variation of the object distance.
  • the first lens group includes at least four positive lenses and one negative lens, and three object-side lenses in the first lens group are constituted by positive lenses, so that near-field focusing is performed.
  • the optical system is made compact by reducing the tendency of the spherical aberration to be reduced and converging a light beam having a large aperture ratio with an F number of 2.5 or less.
  • the first lens group includes at least one negative lens, and aberrations generated by the positive lens in the first lens group are corrected well. Further, when focusing from an infinite object to a short distance, the first lens group is fixed, the second lens group is moved to the image side, and the third lens group is moved to the object side, so that the entire object distance can be obtained.
  • An inner focus type macro lens in which spherical aberration, astigmatism and coma are corrected well is constructed.
  • Embodiments of the present invention are as follows.
  • (A) The rear lens system has a negative refractive power. With this configuration, it is possible to obtain the effect of reducing the overall lens length and the effect of reducing the amount of focus movement of the third lens group.
  • the third lens group includes a third lens front small group (L3A) having a positive refractive power and a third lens rear small group (L3B) having a positive refractive power.
  • L3A third lens front small group
  • L3B third lens rear small group
  • the third lens rear small group (L3B) moves relative to the third lens front small group (L3A) so as to have a convex locus on the image side.
  • the first lens group includes at least one cemented lens of a biconvex positive lens and a biconcave negative lens, and satisfies the following condition.
  • Expression macro lens 0.2 ⁇
  • Nd1 is the refractive index of the positive lens of the cemented lens
  • Nd2 is the refractive index of the negative lens of the cemented lens
  • ⁇ d1 is the Abbe number of the positive lens of the cemented lens
  • ⁇ d2 is the Abbe number of the negative lens of the cemented lens. Show.
  • the most object side in the third lens group is a positive lens.
  • EPH represents the entrance pupil radius
  • Y represents the image circle radius
  • the lateral chromatic aberration indicates the aberration at the g-line
  • the other chromatic aberrations indicate the aberration at the d-line.
  • the solid line represents a sagittal ray
  • the broken line represents a meridional ray.
  • the unit of length is mm.
  • Spherical aberration, astigmatism and lateral chromatic aberration are expressed in mm, and distortion is expressed in%.
  • FIG. 6 is various aberration diagrams when the photographing distance of the inner focus type macro lens of the first embodiment is infinite.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating various aberrations of the inner focus macro lens of the first embodiment at a photographing magnification of 5 times.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating various aberrations at the same magnification of an imaging magnification of the inner focus type macro lens of the first embodiment.
  • (A) shows a state where the shooting distance is infinite.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating various aberrations when the shooting distance of the inner focus type macro lens of the second embodiment is infinity.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating various aberrations at the same magnification of an imaging magnification of the inner focus type macro lens of the second embodiment. It is an optical sectional view of the inner focus type macro lens of a 3rd embodiment.
  • (A) shows a state where the shooting distance is infinite.
  • (B) shows a state where the photographing magnification is equal.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating various aberrations when the shooting distance of the inner focus macro lens of the third embodiment is infinity.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating various aberrations of the inner focus macro lens of the third embodiment at a photographing magnification of 5 times.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating various aberrations of the inner focus macro lens of the third embodiment at the same magnification.
  • f is the focal length
  • Fno is the F number
  • 2 ⁇ is the angle of view (°)
  • NO is the surface number
  • R is the radius of curvature
  • D is the interval
  • Nd and ⁇ d are the refractive index and Abbe respectively for the d line. Represents a number.
  • the unit of length is mm, but any unit can be used.
  • 0.276 Conditional expression (3)
  • 0.012 Conditional expression (3)
  • 0.276 Conditional expression (3)

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Abstract

 Fナンバーが2.5以下の大口径化で、無限遠から撮影倍率等倍までの全域にわたって球面収差、非点収差、コマ収差を良好に補正したインナーフォーカス式マクロレンズを提供する。物体側から順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、第3レンズ群の後方の後方レンズ系を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し第1レンズ群を固定とし、第2レンズ群を像側へ移動させ、第3レンズ群を物体側へ移動させるインナーフォーカス式マクロレンズであって、該第1レンズ群は、少なくとも正レンズを4枚、負レンズを1枚含み、第1レンズ群のうち物体側3枚は正レンズであることを特徴とするインナーフォーカス式マクロレンズである。

Description

マクロレンズ
 本発明は、マクロレンズ、更に詳しくは、写真カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等において無限遠物体から撮影倍率等倍に至る広範囲の被写体距離で撮影可能なマクロレンズに関する。
 従来のマクロレンズのフォーカシング方式は、最も物体側のレンズ群を移動させて合焦を行う前玉繰出し方式と、最も物体側のレンズ群以外のレンズ群を移動させて合焦を行うインナーフォーカス方式が知られている。
 前玉繰出し方式は、合焦のために最も物体側にある最も大きく重いレンズ群を移動させる。従って、前玉繰出し方式マクロレンズとオートフォーカス機構を組み合わせたレンズにおいては、オートフォーカス駆動力に限度があり、前玉繰出し方式マクロレンズは迅速なフォーカシングが困難であるという問題がある。
 一方、インナーフォーカス方式は、合焦のために最も物体側のレンズ群以外の比較的軽いレンズ群を移動させるため、迅速なフォーカシングを行うことには適している。しかし、インナーフォーカス方式は、前玉繰出し方式に比べ、物体距離の変化に対する収差変動、特に球面収差変動が大きい問題がある。この問題は、大口径比になる程その傾向が顕著になる。
 このことが主な理由により、従来のインナーフォーカス式マクロレンズは、Fナンバーが2.8程度以上である。例えば、撮影倍率等倍まで可能な特許文献1のマクロレンズにおいては、4つのレンズ群を有し、第1レンズ群と第2レンズ群の主点間隔が負であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際し、第1レンズ群は固定とし、第2レンズ群を像側に移動し、第3レンズ群を物体側に移動させてフローティングを行うようにした撮影レンズである。焦点距離は50.0~60.0mm、Fナンバーは2.8~2.9である。
 撮影倍率等倍まで可能な特許文献2のマクロレンズは、物体側から順に、正のパワーを持つ第1レンズ群、負のパワーを持つ第2レンズ群、正のパワーを持つ第3レンズ群、負のパワーを持つ第4レンズ群を有し、無限遠から至近距離までのフォーカスの際に、第1レンズ群は固定、第2レンズ群は像側に移動し、第3レンズ群は物体側に移動し、以下の条件式を同時に満たすことを特徴とする撮影レンズである。
0.58<sk/f<0.70
0.65<f34/f<0.72
sk・・・無限遠から至近までの最短のバックフォーカス
f・・・全系の焦点距離
f34・・・第3レンズ群と第4レンズ群の合成焦点距離。焦点距離は62.4mm、Fナンバーが2.9である。
 撮影倍率等倍まで可能な特許文献3のマクロレンズは、物体側から順に、正の第1レンズ群と、負の第2レンズ群と、正の第3レンズ群と、負の第4レンズ群とからなり、無限遠撮影距離から最短撮影距離に向けてのフォーカシングに際し、第2レンズ群が像側に、第3レンズ群が物体側に移動する望遠マクロレンズ系において、次の条件式(1)を満足する望遠マクロレンズ系。
(1)3.7<|f×m/ΔX3|<9.9
但し、f:無限遠撮影時における全系の焦点距離、m:最短かつ-1倍撮影時における横倍率、ΔX3:第3レンズ群の無限遠撮影位置から最短撮影位置への全移動量である。焦点距離は200mm、Fナンバーは4.0である。
特開2004-61680号 特開2006-153942号 特許第3538341号
 上述した従来のインナーフォーカス式マクロレンズは、Fナンバーが2.5以下の大口径化を実現しようとすると、無限遠から撮影倍率等倍までの全域にわたって球面収差、非点収差、コマ収差を良好に補正することが困難となる。
 本発明は、物体側から順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、第3レンズ群の後方の後方レンズ系を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し第1レンズ群を固定とし、第2レンズ群を像側へ移動させ、第3レンズ群を物体側へ移動させるインナーフォーカス式マクロレンズであって、
 該第1レンズ群は、少なくとも正レンズを4枚、負レンズを1枚含み、第1レンズ群のうち物体側3枚は正レンズであることを特徴とするインナーフォーカス式マクロレンズである。
 本発明のインナーフォーカス式マクロレンズは、Fナンバーが2.5以下と大口径でありながら、コンパクト性を維持し、撮影距離を無限遠から撮影倍率等倍までの全体域にわたって収差変動、特に球面収差変動を抑えたマクロレンズを構成することができる効果を有する。
 本発明の効果をさらに詳しく説明する。一般に撮影レンズは、特別な処置を施さない限り、無限遠物体から近距離へのフォーカシングの際、球面収差はアンダーになる傾向がある。これは、近距離フォーカシングの際、マクロレンズのような最短撮影距離が短いレンズにおいては特に、第1レンズ群に入射する軸上光束が、第1レンズ群の正レンズによって急激に収束させられるからである。本実施態様のような大口径レンズである程、物体距離の変動に対する変動に対する球面収差は大きくなる。
 本発明においては、第1レンズ群は、少なくとも正レンズを4枚、負レンズを1枚含み、第1レンズ群のうち物体側3枚は正レンズで構成することにより、近距離フォーカシングの際に球面収差がアンダーになる傾向を減少させ、かつ、Fナンバーが2.5以下の大口径比の光束を収束させて、光学系のコンパクト化を実現している。また、第1レンズ群に少なくとも1枚以上の負レンズを含み、第1レンズ群中の正レンズにより発生した収差を良好に補正している。さらに、無限遠物体から近距離へのフォーカシングの際、第1レンズ群を固定とし、第2レンズ群を像側へ移動させ、第3レンズ群を物体側へ移動させることにより、物体距離全域にわたって球面収差、非点収差、コマ収差を良好に補正したインナーフォーカス式マクロレンズを構成している。
 本発明の実施態様は、以下のとおりである。
(A)前記後方レンズ系が、負の屈折力を有することを特徴とする。このように構成することにより、レンズ全長をコンパクトにする効果と、前記第3レンズ群のフォーカス移動量を小さくできる効果を得ることができる。
(B)前記第3レンズ群が、正の屈折力を有する第3レンズ前小群(L3A)と正の屈折力を有する第3レンズ後小群(L3B)とを有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し、前記第3レンズ後小群(L3B)は前記第3レンズ前小群(L3A)に対して像側に凸状の軌跡をとるように移動することを特徴とする。
 このように構成することにより、中間距離フォーカシングの際の球面収差を良好に補正している。
(C)全系の焦点距離をf、前記第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
      0.5  ≦ f1/f ≦   0.8 ・・・・・・・・・・  (1)
なる条件を満足することを特徴とする。
 インナーフォーカス式マクロレンズのコンパクト化と近距離時の球面収差、コマ収差、歪曲収差を良好に補正するための条件である。式(1)の下限値を超えると、光学系のコンパクト化には有利だが、球面収差補正が困難になる。式(1)の上限値を超えると、球面収差補正には有利だが、コンパクト化が困難になる。
(D)前記第1レンズ群は両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズを1枚以上を有し、以下の条件を満足することを特徴とする請求項1記載のインナーフォーカス式マクロレンズ。
      0.2 ≦ | Nd2 - Nd1 | ・・・・・・・・・・ (2)
      35  ≦ | νd1 - νd2 |・・・・・・・・・・ (3)
ただし、Nd1は該接合レンズの正レンズの屈折率、Nd2は該接合レンズの負レンズの屈折率、νd1は該接合レンズの正レンズのアッベ数、νd2は該接合レンズの負レンズのアッベ数を示す。
 第1レンズ群で発生する球面収差、軸上色収差、倍率色収差を良好に補正するための条件である。式(2)の下限を超えると、近距離物体に対する球面収差がアンダーになり、補正が困難になる問題が発生する。また、色収差の補正が困難になる問題も発生する。式(3)の下限を超えると、色収差の補正が困難になる問題が発生する。
 本発明の他の実施態様は、以下のとおりである。
(a)第4レンズ群は、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し、固定とすることを特徴とする。このように構成することによって、鏡筒構造を簡素化できる。
(b)全系の焦点距離をf、第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、
      -0.5  ≦  f2/f  ≦ -0.3 ・・・・・・・・ (4)
なる条件を満足することを特徴とする。
 式(4)の下限を超えると、収差補正には有利だが、フォーカシング時の移動量が大きくなり、光学系のコンパクト化が困難になるという問題が発生する。式(4)の上限を超えることによって、フォーカシング時の移動量を小さくできるが、第2レンズ群を通過した光線が発散光となり、第3レンズ群の大型化を招く。また、第1ンズ群で発生する収差を良好に補正することが困難になるという問題が発生する。
(c)第3レンズ群中の最も物体側は、正レンズであること特徴とする。このように構成することによって、第2レンズ群を通過した発散光を収束させ、第3レンズ群と後方レンズ系の大型化を抑えることができる効果を得ることができる。
 収差図におけるEPHは入射瞳半径、Yはイメージサークル半径を表す。倍率色収差はg線での収差を示し、それ以外のものについてはd線での収差を示している。また、非点収差における実線はサジタル光線、破線はメリディオナル光線を表す。長さの単位にはmmを使用している。球面収差・非点収差・倍率色収差はmm、歪曲収差は%で表してある。
第1実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの光学断面図である。(A)は撮影距離が無限遠の状態を示す。(B)は撮影倍率等倍の状態を示す。 第1実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影距離が無限遠における諸収差図である。 第1実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率5倍における諸収差図である。 第1実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率等倍における諸収差図である。 第2実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの光学断面図である。(A)は撮影距離が無限遠の状態を示す。(B)は撮影倍率等倍の状態を示す。 第2実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影距離が無限遠における諸収差図である。 第2実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率等倍における諸収差図である。 第3実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの光学断面図である。(A)は撮影距離が無限遠の状態を示す。(B)は撮影倍率等倍の状態を示す。 第3実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影距離が無限遠における諸収差図である。 第3実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率5倍における諸収差図である。 第3実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率等倍における諸収差図である。
 実施形態の説明において、fは焦点距離、FnoはFナンバ、2ωは画角(°)、NOは面番号、Rは曲率半径、Dは間隔、Nd、νdはそれぞれd線における屈折率とアッベ数を表す。長さの単位にはmmを使用しているが、任意の単位を用いることも可能である。
(第1実施形態)
f=61.5000    FNo.=2.06    2ω=26.6°
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
可変間隔
        ∞       -5倍     -1倍
f        61.5000     65.1885    52.3578
FNo.      2.06      2.46     4.10
D(9)      1.5848     4.6948    17.4252
D(14)      17.2873     14.1774    1.4470
D(15)      13.2179     10.5905    1.5000
D(22)      1.8205     4.4479    13.5384
 条件式の値
 条件式(1)   f1/f=0.65
 条件式(2)   | Nd1 - Nd2 |=0.276
 条件式(3)   | νd1 - νd2 |=54.1
 条件式(4)   f2/f=-0.40
(第2実施形態)
f=61.5000    FNo.=2.06    2ω=26.5°
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
可変間隔
        ∞       -1倍
f        61.5000    55.2183
FNo.      2.06      4.10
D(9)      1.0000     19.4981
D(17)      19.8528    1.3546
D(18)      7.6500     1.5000
D(25)      1.0037     7.1537
 条件式の値
 条件式(1)   f1/f=0.65
 条件式(2)   | Nd1 - Nd2 |=0.012
 条件式(3)   | νd1 - νd2 |=23.9
 条件式(4)   f2/f=-0.35
(第3実施形態)
f=61.5000    FNo.=2.06    2ω=26.6°
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
可変間隔
        ∞       -5倍     -1倍
f        61.5000     65.4478    52.0543
FNo.      2.06      2.46     4.10
D(9)      1.4753     4.6241    17.4561
D(14)      17.3917     14.2429    1.4109
D(15)      13.0541     9.8539    1.5000
D(20)      1.8367     2.4671    1.5247
D(22)      1.6322     4.2020    13.4983
 条件式の値
 条件式(1)   f1/f=0.66
 条件式(2)   | Nd1 - Nd2 |=0.276
 条件式(3)   | νd1 - νd2 |=54.1
 条件式(4)   f2/f=-0.40
L1        第1レンズ群
L2        第2レンズ群
L3        第3レンズ群
L3A       第3レンズ前小群
L3B       第3レンズ後小群
L4        後方レンズ系
ST        開口絞り
IP        像面

Claims (5)

  1.  物体側から順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、第3レンズ群の後方の後方レンズ系を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し第1レンズ群を固定とし、第2レンズ群を像側へ移動させ、第3レンズ群を物体側へ移動させるインナーフォーカス式マクロレンズであって、
     該第1レンズ群は、少なくとも正レンズを4枚、負レンズを1枚含み、第1レンズ群のうち物体側3枚は正レンズであることを特徴とするインナーフォーカス式マクロレンズ。
  2.  前記後方レンズ系が、負の屈折力を有することを特徴とする請求項1に記載のインナーフォーカス式マクロレンズ。
  3.  前記第3レンズ群が、正の屈折力を有する第3レンズ前小群(L3A)と正の屈折力を有する第3レンズ後小群(L3B)とを有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し、前記第3レンズ後小群(L3B)は前記第3レンズ前小群(L3A)に対して像側に凸状の軌跡をとるように移動することを特徴とする請求項1又は2に記載のインナーフォーカス式マクロレンズ。
  4.  全系の焦点距離をf、前記第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
        0.5  ≦ f1/f ≦   0.8 ・・・・・・・(1)
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のインナーフォーカス式マクロレンズ。
  5.  前記第1レンズ群は両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズを1枚以上を有し、以下の条件を満足することを特徴とする請求項2ないし4のいずれか一項にインナーフォーカス式マクロレンズ。
        0.2 ≦ | Nd2 - Nd1 |   ・・・・・(2)
        35  ≦ | νd1 - νd2 |  ・・・・・(3)
    ただし、Nd1は該接合レンズの正レンズの屈折率、Nd2は該接合レンズの負レンズの屈折率、νdは該接合レンズの正レンズのアッベ数、νd2は該接合レンズの負レンズのアッベ数を示す。
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