(57)【要約】【課題】  焦点調節に伴う収差変化を抑制し、物体距離全般に渡り高い光学性能を有する単焦点レンズ及びそれを有する撮像装置を提供すること。【解決手段】  物体側から順に、焦点調節時に固定の負の屈折力の第１群、無限遠物体から近距離物体に焦点調節する際に物体側に移動する正の屈折力の第２群から構成され、第２群は正の屈折力の第２１群、開口絞り、正の屈折力の第２２群で構成され、第２１群と第２２群が焦点調節時に互いに異なる移動量で物体側へ移動し、第１群の構成と近軸配置を適切に設定したこと。【選択図】  図１
2014202952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、焦点調節時に固定の負の屈折力の第１群、無限遠物体から近距離物体に焦点調節する際に物体側に移動する正の屈折力の第２群から構成され、前記第２群は正の屈折力の第２１群、開口絞り、正の屈折力の第２２群で構成され、前記第２１群と前記第２２群が焦点調節時に互いに異なる移動量で物体側へ移動し、前記第１群の屈折力をφ１、前記第２１群の屈折力をφ２１、前記第１群の正レンズの屈折力の和をφ１ｐとするとき、
−２．８０＜φ２１／φ１＜−１．６４
−２．０９＜φ１ｐ／φ１＜−１．２０
を満たすことを特徴とする単焦点レンズ。
【請求項２】
前記第１群は負レンズ２枚、正レンズ１枚で構成され、前記正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１、像側の面の曲率半径をＲ２とするとき、
−１．５＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜−０．３
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の単焦点レンズ。
【請求項３】
前記第１群の正レンズの平均屈折率をＮ１ｐ、平均アッべ数をν１ｐとするとき、
１．６５＜Ｎ１ｐ＜２．１０
６５＜ν１ｐ＜２３
を満たすことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の単焦点レンズ。
【請求項４】
前記第１群の正レンズの少なくとも１つの凸面に周辺に向けて屈折力が弱くなる形状の非球面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の単焦点レンズ。
【請求項５】
前記第２２群の屈折力をφ２２とするとき、
−４．８０＜φ２２／φ１＜−２．３０
１．１０＜φ２２／φ２１＜２．００
を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の単焦点レンズ。
【請求項６】
前記第２１群は像側から順に負レンズＧ２１ｎ、正レンズＧ２１ｐを有し、前記正レンズＧ２１ｐ及び前記負レンズＧ２１ｎの屈折力を各々φｐ、φｎ 、部分分散比を各々θｐ、θｎ 、屈折力を各々νｐ、νｎ、全系の焦点距離をｆとするとき、
−２．４５×１０−３＜（θｐ−θｎ）／（νｐ−νｎ）＜−０．８０×１０−３
０．５０＜φｐ×ｆ＜１．５０
−１．６０＜φｎ×ｆ＜−０．７０
を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の単焦点レンズ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の単焦点レンズと前記単焦点レンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系及びそれを有する撮像装置に関し、特に放送用テレビカメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
写真用カメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置のうち、特に一眼レフカメラや映画用カメラに用いられる撮像光学系には、広画角でバックフォーカスが長いとともに、物体距離全般に渡り画面中心から画面周辺までの略均一な解像力が求められている。広画角でバックフォーカスが長い撮像光学系として、レトロフォーカスタイプの撮像光学系が知られている。その中でも、無限遠物体から近距離物体への焦点調節時に光学系の後方の２つの群を互いに異なる移動量で物体側へ移動させる所謂フローティングを用いた焦点調節方式が知られている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−６１２１３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１１９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のフローティングを用いた焦点調節方式は、焦点調節に伴う収差変化を抑制することが比較的容易である。しかしながら、前述のフローティングを用いた焦点調節方式を採用するだけでは、焦点調節に伴って発生する球面収差と非点収差を同時に補正することが困難である。そこで、物体距離全般に渡り画面中心から画面周辺までの略均一な解像力を実現するためには、固定群である第１群の構成および近軸配置を適切に設定し、焦点調節に伴って第１群で発生する特に球面収差の変化を抑制することが重要である。
【０００５】
本発明では前述のフローティングを用いた焦点調節方式の単焦点レンズにおいて、焦点調節に伴う収差変化を抑制し、物体距離全般に渡って高い光学性能を有する単焦点レンズの提供を目的とする。具体的には、画角６５度程度、Ｆナンバー１．４程度であり、焦点調節に伴う収差変化を抑制した単焦点レンズの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の単焦点レンズは、物体側から順に、焦点調節時に固定の負の屈折力の第１群、無限遠物体から近距離物体に焦点調節する際に物体側に移動する正の屈折力の第２群から構成され、前記第２群は正の屈折力の第２１群、開口絞り、正の屈折力の第２２群で構成され、前記第２１群と前記第２２群が焦点調節時に互いに異なる移動量で物体側へ移動し、前記第１群の屈折力をφ１、前記第２１群の屈折力をφ２１、前記第１群の正レンズの屈折力の和をφ１ｐとするとき、
−２．８０＜φ２１／φ１＜−１．６４
−２．０９＜φ１ｐ／φ１＜−１．２０
を満たすことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、焦点調節に伴う収差変化を抑制し、物体距離全般に渡って高い光学性能を有する単焦点レンズ及びそれを有する撮像装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の数値実施例１の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。
【図２】数値実施例１の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図である。
【図３】本発明の数値実施例２の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。
【図４】数値実施例２の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図である。
【図５】本発明の数値実施例３の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。
【図６】数値実施例３の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図である。
【図７】本発明の数値実施例４の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。
【図８】数値実施例４の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図である。
【図９】本発明の数値実施例５の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。
【図１０】数値実施例５の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図である。
【図１１】本発明の数値実施例６の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。
【図１２】数値実施例６の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図である。
【図１３】本発明の数値実施例７の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。
【図１４】数値実施例７の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図である。
【図１５】は数値実施例１の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの光路図である。
【図１６】は正の屈折力のレンズ群による軸上色収差の２色の色消しと二次スペクトル残存に関する模式図である。
【図１７】は一般的な硝子材料のアッベ数νｄと部分分散比θｇFの分布の模式図である。
【図１８】は本発明の撮像装置の要部概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に本発明の単焦点レンズの特徴について説明する。
本発明の単焦点レンズは、物体側から順に、焦点調節時に固定の負の屈折力の第１群Ｕ１、無限遠物体から近距離物体に焦点調節する際に物体側に移動する正の屈折力の第２群Ｕ２を有している。第２群Ｕ２は正の屈折力の第２１群Ｕ２１、開口絞り、正の屈折力の第２２群Ｕ２２で構成されている。第２１群Ｕ２１と第２２群Ｕ２２は無限遠物体から近距離物体に焦点調節する際に互いに異なる移動量で物体側へ移動する。
【００１０】
本発明の単焦点レンズは、第１群Ｕ１の屈折力をφ１、第２１群Ｕ２１の屈折力をφ２１、第１群Ｕ１の正レンズの屈折力の和をφ１ｐとするとき、
−２．８０＜φ２１／φ１＜−１．６４                ・・・（１）
−２．０９＜φ１ｐ／φ１＜−１．２０                ・・・（２）
を満たしている。
【００１１】
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の単焦点レンズの数値実施例１のそれぞれ無限遠物体、至近物体に合焦しているときの光路図である。図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、特に第１群Ｕ１の正レンズでは軸上マージナル光線の入射高が高くなる。又、図１５（Ａ）に対して図１５（Ｂ）で示すように、無限遠物体に対して至近物体の合焦時における第１群Ｕ１の正レンズを通る軸上マージナル光線は、物体側の面への入射傾角がより大きくなる一方で、入射高はより低くなる。従って、特に第１群Ｕ１の正レンズの屈折力が強くなり、特に物体側の面の曲率が大きくなると、無限遠物体に対して至近物体の合焦時に球面収差がよりアンダーに発生する。一方で、特に第１群Ｕ１の正レンズの屈折力が弱くなり、特に物体側の面の曲率が小さくなると、無限遠物体に対して至近物体の合焦時に球面収差がよりオーバーに発生する。よって、焦点調節に伴う球面収差の変化を抑制するには、特に第１群Ｕ１の正レンズに適切な屈折力を設定することが重要である。
【００１２】
条件式（１）は、第１群Ｕ１と第２１群Ｕ２１の屈折力の比を規定している。
条件式（１）を満たすことで、球面収差やコマ収差などの諸収差を良好に補正している。
条件式（１）の上限を超えると、第２１群Ｕ２１の屈折力に対して第１群Ｕ１の屈折力が強くなり、第１群Ｕ１からの軸上及び軸外光束の発散が大きく、第２２群Ｕ２２に強い屈折力を与えて軸上及び軸外光束を収斂する必要が生じる。このため、特に球面収差やコマ収差の補正が困難となる。
条件式（１）の下限を超えると、第１群Ｕ１の屈折力に対して第２１群Ｕ２１の屈折力が強くなり、第１群Ｕ１から発散された光束が強い屈折力の第２群Ｕ２で収斂させられるため、特に球面収差やコマ収差の補正が困難となる。
【００１３】
更に好ましくは、条件式（１）を次の如く設定するのが良い。
−２．５０＜φ２１／φ１＜−１．７０              ・・・（１ａ）
【００１４】
条件式（２）は、第１群Ｕ１と第１群Ｕ１の正レンズの屈折力の和の比を規定している。
条件式（２）を満たすことで、焦点調節に伴う収差変化、特に球面収差の変化の抑制と小型化を両立している。
条件式（２）の上限を超えると、第１群Ｕ１の屈折力に対して第１群Ｕ１の正レンズの屈折力の和が不足するため、第１群Ｕ１が大型化するとともに至近物体の合焦時に球面収差がオーバーに発生し、焦点調節に伴う特に球面収差の変化を抑制することが困難となる。
条件式（２）の下限を超えると、第１群Ｕ１の屈折力に対して第１群Ｕ１の正レンズの屈折力の和が強くなり、至近物体の合焦時に球面収差がアンダーに発生し、焦点調節に伴う特に球面収差の変化を抑制することが困難となる。
【００１５】
更に好ましくは、条件式（２）を次の如く設定するのが良い。
−２．０８＜φ１ｐ／φ１＜−１．５０              ・・・（２ａ）
本発明の単焦点レンズは、第１群Ｕ１のレンズ構成を前述の如く特定し、以上の各条件式を満たすことにより、焦点調節に伴う収差変化を抑制し、物体距離全般に渡り高い光学性能を達成している。
【００１６】
本発明の更なる実施態様として、条件式（３）により第１群Ｕ１の正レンズの形状を規定している。第１群Ｕ１は物体側から順に負レンズ２枚、正レンズ１枚で構成されており、正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１、像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、
−１．５＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜−０．３      ・・・（３）
を満たしている。
【００１７】
条件式（３）を満たすことで、焦点調節に伴う収差変化、特に球面収差の変化の抑制を達成するとともに、球面収差やコマ収差を良好に補正している。第１群Ｕ１の正レンズの特に物体側の面の曲率が大きくなると、無限遠物体に対して至近物体の合焦時に球面収差がよりアンダーに発生する。一方で、特に第１群Ｕ１の正レンズの特に物体側の面の曲率が小さくなると、無限遠物体に対して至近物体の合焦時に球面収差がよりオーバーに発生する。よって、焦点調節に伴う球面収差の変化を抑制するには、特に第１群Ｕ１の正レンズに適切な形状を設定することが重要である。
【００１８】
一方、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように特に第１群Ｕ１の物体側から２番目の負レンズの像側面では軸上光束及び軸外光束が大きく発散され、特に球面収差及びコマ収差が発生する。そこで、１つ像側の面である第１群Ｕ１の正レンズの物体側の面に適切な曲率の凸面形状を与えることで球面収差及びコマ収差を良好に補正している。
ここで、第１群Ｕ１の正レンズＧ３の物体側の面をＲ１面、像側の面をＲ２面と定義する。
【００１９】
条件式（３）の上限を超えると、Ｇ３の形状がより両凸のレンズ形状に近づき、Ｇ３の正の屈折力が強くなり、至近物体の合焦時に球面収差がアンダーに発生し、焦点調節に伴う収差変化の抑制が困難となる。
条件式（３）の下限を超えると、Ｇ３の形状がＲ２面が凹面の凸のメニスカス形状となり、Ｇ３の屈折力が不足するため、第１群Ｕ１が大型化するとともに至近物体の合焦時に球面収差がオーバーに発生し、焦点調節に伴う収差変化の抑制が困難となる。
【００２０】
更に好ましくは、（３）式は次の如く設定するのが良い。
−１．３＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜−０．４    ・・・（３ａ）
【００２１】
ここで、本数値実施例で用いている光学素子（レンズ）の材料の部分分散比とアッべ数は次の通りである。フラウンフォーファ線のｇ線（４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。アッべ数νｄとｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇＦは以下の通りに与えられる。
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）          ・・・（４）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）      ・・・（５）
【００２２】
本発明の更なる実施態様として、第１群Ｕ１の正レンズの平均屈折率をＮ１ｐ、平均アッべ数をν１ｐとするとき、条件式（６）により第１群Ｕ１の正レンズの平均屈折率を、条件式（７）により第１群Ｕ１の正レンズの平均アッベ数を規定している。
１．６５＜Ｎ１ｐ＜２．１０                  ・・・（６）
６５＜ν１ｐ＜２３                      ・・・（７）
【００２３】
条件式（６）及び条件式（７）を満たすことで、焦点調節に伴う収差変化、特に球面収差や軸上色収差の変化を抑制している。
一般に高屈折率硝材ほどアッベ数が小さく、低屈折率硝材ほどアッベ数が大きい傾向にある。
条件式（６）及び条件式（７）の上限を超えると、第１群Ｕ１の正レンズに高屈折率硝材を選択でき、特に物体側の面の曲率が小さくなり、焦点調節に伴う球面収差の変化の抑制には有利である。しかし、同時にアッベ数の小さな硝材を選択することになり、軸上マージナル光線の入射高が高い第１群Ｕ１の正レンズで発生する軸上色収差を第１群Ｕ１内で補正することが不足するため、焦点調節に伴う特に軸上色収差の変化の抑制が困難となる。
条件式（６）及び条件式（７）の下限を超えると、第１群Ｕ１の正レンズに低屈折率硝材を選択することになるため、第１群Ｕ１の正レンズの特に物体側の面の曲率が大きくなり、焦点調節に伴う球面収差の変化の抑制が困難となる。
【００２４】
更に好ましくは、条件式（６）及び（７）を次の如く設定するのが良い。
１．７０＜Ｎ１ｐ＜２．０５                ・・・（６ａ）
５０＜ν１ｐ＜２５                    ・・・（７ａ）
【００２５】
本発明の更なる実施態様として、条件式（８）により第１群Ｕ１の屈折力に対する第２２群Ｕ２２の屈折力の比を、条件式（９）により第２１群Ｕ２１の屈折力に対する第２２群Ｕ２２の屈折力の比を規定している。
第２２群Ｕ２２の屈折力をφ２２とするとき、
−４．８０＜φ２２／φ１＜−２．３０      ・・・（８）
１．１０＜φ２２／φ２１＜２．００      ・・・（９）
を満たしている。
【００２６】
条件式（８）を満たすことで、球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲などの諸収差を良好に補正している。
条件式（８）の上限を超えると、第２２群Ｕ２２の屈折力に対して第１群Ｕ１の屈折力が強くなり、特にコマ収差や非点収差や歪曲の補正が困難となる。
条件式（８）の下限を超えると、第１群Ｕ１の屈折力に対して第２２群Ｕ２２の屈折力が強くなり、第２２群Ｕ２２に強い屈折力を与えて軸上及び軸外光束を収斂する必要が生じるため、特に球面収差、非点収差、歪曲の補正が困難となる。
【００２７】
更に好ましくは、条件式（８）を次の如く設定するのが良い。
−４．６０＜φ２２／φ１＜−２．６０      ・・・（８ａ）
【００２８】
条件式（９）を満たすことで、球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲などの諸収差を良好に補正している。
条件式（９）の上限を超えると、第２１群Ｕ２１の屈折力に対して第２２群Ｕ２２の屈折力が強くなり、特に球面収差、非点収差、歪曲の補正が困難となる。
条件式（９）の下限を超えると、第２２群Ｕ２２の屈折力に対して第２１群Ｕ２１の屈折力が強くなり、特に球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲の補正が困難となる。
【００２９】
更に好ましくは、条件式（９）を次の如く設定するのが良い。
１．４０＜φ２２／φ２１＜１．９０          ・・・（９ａ）
【００３０】
ここで、軸上近軸光線及び瞳近軸光線は、次のように定義される光線である。軸上近軸光線は、光学系全系の焦点距離を１に規格化し、光学系に光軸と平行に、入射高を１として入射させた近軸光線である。瞳近軸光線は、光学系全系の焦点距離を１に規格化し、撮像面の最大像高に入射する光線の内、光学系の入射瞳と光軸との交点を通過する近軸光線である。物体は光学系の左側にあるものとし、物体側から光学系に入射する光線は左から右へ進むものとする。
【００３１】
図１７に示すように、現存する光学材料はνｄに対し部分分散比θｇＦが狭い範囲に分布しており、νｄが小さいほどθｇＦが大きい傾向を持っている。
【００３２】
所定の屈折力Φで、正の屈折力Φｐ、負の屈折力Φｎ、アッベ数νｐ、νｎ、軸上近軸光線の入射高ｈ、瞳近軸光線の入射高Ｈ、の２枚のレンズＧｐ、Ｇｎで構成される薄肉密着系の軸上色収差係数Ｌ、倍率色収差係数Ｔは、
Ｌ＝ｈ×ｈ×（Φｐ／νｐ＋Φｎ／νｎ）              ・・・（１０）
Ｔ＝ｈ×Ｈ×（Φｐ／νｐ＋Φｎ／νｎ）              ・・・（１１）
であらわされる。ここで、
Φ＝Φｐ＋Φｎ                                      ・・・（１２）
とする。式（１０）及び式（１１）の各レンズの屈折力は、式（１２）がΦ＝１となるように規格化されている。３枚以上で構成される場合も同様に考えることができる。式（１０）及び式（１１）において、Ｌ＝０及びＴ＝０とするとＣ線−Ｆ線の軸上及び像面上での結像位置が合致する。
【００３３】
この時、物体距離を無限遠として光束を入射した場合のＦ線に対するｇ線の軸上色収差のずれ量及び倍率色収差のずれ量を、それぞれ軸上色収差の二次スペクトル量Δｓ、倍率色収差の二次スペクトル量Δｙとして定義すると、
Δｓ＝−ｈ×ｈ×（θｐ−θｎ）／（νｐ−νｎ）×ｆ    ・・・（１３）
Δｙ＝−ｈ×Ｈ×（θｐ−θｎ）／（νｐ−νｎ）×Ｙ    ・・・（１４）
で表される。ここで、ｆはレンズ全系の焦点距離、Ｙは像高とする。
【００３４】
図１６において、正の屈折力のレンズ群Ｌｐでの色消しでは正レンズＧｐとしてアッベ数νｐの大きな材料、負レンズＧｎとしてνｎの小さな材料を用いる。従って式（１３）より、正レンズＧｐはθｐが小さく、負レンズＧｎはθｎが大きくなり、Ｆ線とＣ線で色収差を補正した場合、図１６に示すように軸上ではｇ線の結像点が像側に移動する。
【００３５】
二次スペクトル量Δｓは、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、軸上マージナル光線の入射高が高い本実施例の第２群Ｕ２で顕著に発生する。
画面中心の光学性能の更なる向上を達成するには、軸上色収差を良好に補正することが重要である。
【００３６】
第２１群の正レンズにνｄがより大きい材料、負レンズにνｄがより小さい材料を用いて、適切な屈折力で配置することで、一次の色消しを良好に行うことができる。
更に、第２１群Ｕ２１の正レンズにθｇＦがより大きな材料、負レンズにθｇＦがより小さな材料を用いて、適切な屈折力で配置することで、軸上色収差の二次スペクトルを良好に補正することができる。
【００３７】
本発明の更なる実施態様として、条件式（１５）〜（１７）は以上を考慮して軸上色収差をより効果的に補正できる第２１群Ｕ２１内の開口絞りの近傍にある正レンズ及び負レンズの材料のアッベ数と部分分散比、及び屈折力を適切に設定したものである。
−２．４５×１０−３＜（θｐ−θｎ）／（νｐ−νｎ）＜−０．８０×１０−３
・・・（１５）
０．５０＜φｐ×ｆ＜１．５０                      ・・・（１６）
−１．６０＜φｎ×ｆ＜−０．７０                    ・・・（１７）
ここで、第２１群Ｕ２１は像側から順に負レンズＧ２１ｎ、正レンズＧ２１ｐを有し、正レンズＧ２１ｐ及び負レンズＧ２１ｎの屈折力を各々φｐ、φｎ 、部分分散比を各々θｐ、θｎ 、屈折力を各々νｐ、νｎ、全系の焦点距離をｆとする。
【００３８】
条件式（１５）は、第２１群Ｕ２１内の正レンズＧ２１ｐ及び負レンズＧ２１ｎの材料のアッべ数と部分分散比を規定したものである。
条件式（１５）の上限を超えると、Ｇ２１ｐとＧ２１ｎの硝材のアッべ数の差が小さくなり過ぎ両レンズの屈折力が強くなるとともに、低屈折率硝材を選択することになるため、高次の諸収差が発生するため収差補正や一次の色消しが困難となる。
条件式（１５）の下限を超えると、式（１３）より第２１群Ｕ２１内での二次スペクトル補正効果が不足してしまい、軸上色収差を良好に補正することが困難となる。
【００３９】
更に好ましくは条件式（１５）を次の如く設定するのが良い。
−２．４２×１０−３＜（θｐ−θｎ）／（νｐ−νｎ）＜−０．９０×１０−３
・・・(１５ａ)
【００４０】
条件式（１６）は、正レンズＧ２１ｐの屈折力を規定したものである。
条件式（１６）の上限を超えると、Ｇ２１ｐの屈折力が強くなり高次の諸収差が発生するため収差補正や一次の色消しが困難となる。
条件式（１６）の下限を超えると、Ｇ２１ｐの屈折力が不足するため、第２１群Ｕ２１内での二次スペクトル補正効果が不足してしまい、軸上色収差を良好に補正することが困難となる。
【００４１】
更に好ましくは条件式（１６）を次の如く設定するのが良い。
０．７５＜φｐ×ｆ＜１．２０              ・・・（１６ａ）
【００４２】
条件式（１７）は、負レンズＧ２１ｎの屈折力を規定したものである。
条件式（１７）の上限を超えると、Ｇ２１ｎの屈折力が不足するため、第２１群Ｕ２１内での二次スペクトル補正効果が不足してしまい、軸上色収差を良好に補正することが困難となる。
条件式（１７）の下限を超えると、Ｇ２１ｎの屈折力が強くなり高次の諸収差が発生するため収差補正や一次の色消しが困難となる。
【００４３】
更に好ましくは条件式（１７）を次の如く設定するのが良い。
−１．４０＜φｎ×ｆ＜−０．９０          ・・・（１７ａ）
【００４４】
［数値実施例１］
本発明の単焦点レンズの数値実施例１を以下に示す。図１は数値実施例１の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。数値実施例１の単焦点レンズは、物体側から順に、焦点調節時に固定の負の屈折力の第１群Ｕ１、無限遠物体から近距離物体に焦点調節する際に物体側に移動する正の屈折力の第２群Ｕ２を含む。第２群Ｕ２は、物体側から順に、正の屈折力の第２１群Ｕ２１、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２２群Ｕ２２から構成される。ＩＰは像面であり、本発明の単焦点レンズが接続される撮像装置の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。
【００４５】
次に、数値実施例１の各群のレンズ構成について説明する。以下、各レンズは物体側より像側へ順に配置されているものとする。第１群Ｕ１は負レンズ２枚、正レンズ１枚で構成されている。第２１群Ｕ２１は正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズで構成されている。第２２群Ｕ２２は負レンズと正レンズの接合レンズ、正レンズ２枚で構成されている。前述したレンズ構成は、数値実施例１〜４において、全て同じである。
数値実施例１の単焦点レンズは、焦点距離３４．２ｍｍ、半画角３２．３度、Ｆナンバー１．４５である。
【００４６】
図２に、数値実施例１の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図を示す。焦点距離の値はｍｍ単位で表した値である。収差図において、球面収差はｅ線とｇ線によって表されている。非点収差はｅ線のメリディオナル像面（ΔＭ）とｅ線のサジタル像面（ΔＳ）によって表されている。倍率色収差はｇ線によって表されている。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。すべての収差図において、球面収差は０．４ｍｍ、非点収差は０．４ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は０．０５ｍｍのスケールで描かれている。これは以下の各数値実施例において全て同じである。
【００４７】
［数値実施例２］
図３に、数値実施例２の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図を示す。基本的な構成は数値実施例１と同様であるので、説明は省略する。数値実施例２の単焦点レンズは、焦点距離３３．５ｍｍ、半画角３２．９度、Ｆナンバー１．４５である。図４に、数値実施例２の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図を示す。
【００４８】
［数値実施例３］
図５に、数値実施例３の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図を示す。基本的な構成は数値実施例１と同様であるので、説明は省略する。数値実施例３の単焦点レンズは、焦点距離３３．０ｍｍ、半画角３３．３度、Ｆナンバー１．４５である。図６に、数値実施例３の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図を示す。
【００４９】
［数値実施例４］
図７に、数値実施例４の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図を示す。基本的な構成は数値実施例１と同様であるので、説明は省略する。数値実施例４の単焦点レンズは、焦点距離３４．５ｍｍ、半画角３２．１度、Ｆナンバー１．４５である。図８に、数値実施例４の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図を示す。
【００５０】
［数値実施例５］
図９に、数値実施例５の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図を示す。数値実施例５の単焦点レンズにおいては、第１群Ｕ１が、物体側から順に、負レンズ２枚と正レンズ２枚で構成されている点が数値実施例１〜４とは異なる。しかし、他の構成は、数値実施例１と全て同じであるので説明は省略する。数値実施例５の単焦点レンズは、焦点距離３３．０ｍｍ、半画角３３．３度、Ｆナンバー１．４５である。図１０に、数値実施例５の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図を示す。
【００５１】
［数値実施例６］
図１１に、数値実施例６の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図を示す。数値実施例６の単焦点レンズにおいては、第２１群Ｕ２１が、正レンズと負レンズの接合レンズ２枚で構成されている点が数値実施例１〜５とは異なる。しかし、他の構成は、数値実施例１と全て同じであるので説明は省略する。数値実施例６の単焦点レンズは、焦点距離３３．３ｍｍ、半画角３３．０度、Ｆナンバー１．４５である。図１２に、数値実施例６の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図を示す。
【００５２】
［数値実施例７］
図１３に、数値実施例７の単焦点レンズの無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図を示す。数値実施例７の単焦点レンズでは第１群の正レンズの凸面に周辺に向けて屈折力が弱くなる形状の非球面を配置し、焦点調節に伴う収差変化を抑制し、物体距離全般に渡って高い光学性能を達成している点が数値実施例１〜６とは異なる。しかし、他の構成は、数値実施例１と全て同じであるので説明は省略する。数値実施例７の単焦点レンズは、焦点距離３３．０ｍｍ、半画角３３．３度、Ｆナンバー１．４５である。図１４に、数値実施例７の（Ａ）無限遠物体、（Ｂ）至近物体に合焦しているときの縦収差図を示す。
【００５３】
表１に数値実施例１〜７の各条件式の対応値を示す。数値実施例１〜７の単焦点レンズは、条件式（１）〜（３）、（６）〜（９）、（１５）〜（１７）の何れの条件式も満足しており、焦点調節に伴う収差変化を抑制し、物体距離全般に渡って高い光学性能を達成している。
【００５４】
以下の各数値実施例の数値データを示す。ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄは物体側より第ｉ番目と第ｉ＋１番目の間隔、ｎｄとνｄとθｇＦは第ｉ番目の光学部材の屈折率とアッベ数と部分分散比である。非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐常数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を各々非球面係数とし、次式で表す。
【００５５】
【数１】
2014202952.tif 000003
又、「ｅ−Ｚ」は「×１０-Z」を意味する。＊印は非球面であることを示す。
【００５６】
＜数値実施例１＞
面番号      r         d        nd        vd       θgF     有効径   焦点距離
1      320.116     2.80     1.51633     64.1     0.5352     51.99    -93.54 
2       41.977     5.78                                     45.00
3      174.176     2.30     1.51823     58.9     0.5456     44.56    -97.45
4       39.095    14.53                                     41.15
5       83.274     4.44     1.77250     49.6     0.5521     39.37     88.98
6     -395.333    (可変)                                    38.88
7       57.067     5.14     1.77250     49.6     0.5521     35.63     57.75
8     -200.681     8.71                                     35.34
9      607.365     6.47     1.77250     49.6     0.5521     30.62     35.68
10      -28.883     1.50     1.65412     39.7     0.5737     30.02    -29.00
11       57.419    (可変)                                    26.96
12(絞り)   ∞       7.82                                     25.98
13      -19.812     1.60     1.80518     25.4     0.6161     24.65    -21.64
14      162.418     4.90     1.83481     42.7     0.5642     27.82     62.15
15*     -75.798     0.20                                     29.43
16     -470.465     6.60     1.77250     49.6     0.5521     30.27     45.14
17      -32.806     0.20                                     32.76
18     -154.187     6.32     1.77250     49.6     0.5521     35.98     56.91
19      -34.950                                              37.18
像面        ∞   
非球面データ
第15面
K = 4.82454e+000  A 4= 1.27386e-005  A 6= 2.46580e-009  A 8=-1.63965e-011  
A10= 1.16481e-014  
焦点距離      34.20  
Fナンバー      1.45  
半画角        32.32  
像高          21.64  
レンズ全長   129.16  
BF            39.35  
焦点調節可変間隔    無限遠合焦時      至近合焦時（像面より0.3ｍ）
d 6                    6.26              0.50        
d11                    4.23              3.21
各レンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1    -164.29  
2    7      76.56  
3   13      45.49  
【００５７】
＜数値実施例２＞
面データ
面番号      r         d       nd       vd      θgF      有効径   焦点距離
1      168.071    2.80   1.58913    61.1    0.5406     52.33    -95.34
2       41.959    4.84                                 45.64           
3      101.105    2.30   1.58913    61.1    0.5406     45.20   -109.11
4       39.056   19.16                                 41.76           
5      113.732    4.15   1.88300    40.8    0.5667     38.29     96.87
6     -347.230   (可変)                                37.71           
7       53.725    5.92   1.72916    54.7    0.5444     36.02     58.37
8     -199.469    6.95                                 35.60        
9      284.925    7.67   1.77250    49.6    0.5521     31.43     35.98
10      -30.598    1.50   1.65412    39.7    0.5737     30.37    -28.27
11       48.371   (可変)                                26.98          
12(絞り)   ∞      8.17                                 26.11          
13      -19.812    1.60   1.80518    25.4    0.6161     24.66    -21.64
14      162.418    4.90   1.83481    42.7    0.5642     27.83     62.15
15*     -75.798    0.20                                 29.44           
16     -470.465    6.60   1.77250    49.6    0.5521     30.27     45.14
17      -32.806    0.20                                 32.76           
18     -154.187    6.32   1.77250    49.6    0.5521     35.98     56.91
19      -34.950                                         37.18   
像面        ∞         
非球面データ
第15面
K = 4.82454e+000  A 4= 1.27386e-005  A 6= 2.46580e-009  A 8=-1.63965e-011  
A10= 1.16481e-014  
焦点距離      33.50  
Fナンバー      1.45  
半画角        32.85  
像高          21.64  
レンズ全長   133.11  
BF            39.36  
焦点調節可変間隔    無限遠合焦時      至近合焦時（像面より0.3ｍ）
d 6                    6.26               0.50
d11                    4.23               3.52
各レンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1    -187.22  
2    7      81.04  
3   13      45.49
【００５８】
＜数値実施例３＞
面データ
面番号      r         d       nd       vd      θgF      有効径   焦点距離
1      138.678    2.80   1.51633    64.1    0.5352     51.75    -87.87
2       34.045    8.14                                 43.71           
3      471.833    2.30   1.51742    52.4    0.5564     43.26    -79.65
4       37.998   15.08                                 39.87           
5       72.980    4.33   1.83481    42.7    0.5642     38.88     84.32
6    -2286.600   (可変)                                38.40           
7       55.352    6.16   1.69680    55.5    0.5433     37.65     56.43
8     -131.452    7.03                                 37.38           
9      211.651    8.86   1.56907    71.3    0.5451     32.58     38.87
10      -24.418    1.50   1.54814    45.8    0.5685     31.63    -30.23
11       53.519   (可変)                                27.72           
12(絞り)   ∞      8.51                                 26.83           
13      -19.580    1.60   1.80518    25.4    0.6161     25.41    -24.40
14    -1624.756    3.48   1.83481    42.7    0.5642     28.74     72.36
15*     -58.607    0.20                                 29.90           
16     -201.678    4.78   1.77250    49.6    0.5521     30.68     51.41
17      -33.656    0.20                                 31.43           
18     -125.538    6.03   1.77250    49.6    0.5521     33.29     51.93
19      -31.155                                         34.55           
像面        ∞   
非球面データ
第15面
K = 3.19091e+000  A 4= 1.37664e-005  A 6= 4.83734e-009  A 8=-1.25511e-011  
A10= 8.19810e-015  
焦点距離      33.00  
Fナンバー      1.45  
半画角        33.25  
像高          21.64  
レンズ全長   130.83  
BF            39.35  
焦点調節可変間隔    無限遠合焦時      至近合焦時（像面より0.3ｍ）
d 6                   6.26                0.50
d11                   4.23                3.43
各レンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1    -130.50  
2    7      74.94  
3   13      47.34  
【００５９】
＜数値実施例４＞
面データ
面番号      r         d       nd       vd      θgF      有効径   焦点距離
1       72.833    2.80   1.51633    64.1    0.5352     52.55   -231.71
2       44.741    6.93                                 47.42           
3      495.555    2.30   1.51633    64.1    0.5352     46.72    -68.21
4       32.946   15.21                                 40.84           
5       73.203    3.88   1.83481    42.7    0.5642     38.13     92.69
6     1206.136   (可変)                                37.56           
7       69.908    4.81   1.77250    49.6    0.5521     33.57     65.84
8     -184.247    6.93                                 33.31           
9      183.296    8.46   1.77250    49.6    0.5521     30.16     29.77
10      -25.908    1.50   1.65412    39.7    0.5737     29.21    -25.78
11       50.258   (可変)                                25.93           
12(絞り)   ∞      7.74                                 25.04           
13      -18.324    1.60   1.80518    25.4    0.6161     23.86    -20.62
14      202.949    4.95   1.83481    42.7    0.5642     27.39     56.72
15*     -61.515    0.20                                 29.12           
16     -224.197    6.86   1.77250    49.6    0.5521     30.70     44.55
17      -30.361    0.20                                 33.31           
18     -169.048    6.53   1.77250    49.6    0.5521     37.12     56.54
19      -35.428                                         38.27           
非球面データ
第15面
K = 3.52328e+000  A 4= 1.33216e-005  A 6= 3.55802e-009  A 8=-1.56396e-011  
A10= 1.26434e-014  
焦点距離      34.50  
Fナンバー      1.45  
画角          32.09  
像高          21.64  
レンズ全長   130.73  
BF            39.35  
焦点調節可変間隔    無限遠合焦時      至近合焦時（像面より0.3ｍ）
d 6                    6.26               0.50
d11                    4.23               3.30
各レンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1    -193.13  
2    7      80.16  
3   13      43.01  
【００６０】
＜数値実施例５＞
面データ
面番号      r         d       nd       vd      θgF      有効径   焦点距離
1      128.003    2.80   1.58913    61.1    0.5406     48.75    -70.18
2       31.089    8.58                                 41.04           
3    -1434.850    2.30   1.58913    61.1    0.5406     40.66    -96.93
4       59.749    9.61                                 38.83           
5       99.708    2.36   1.71300    53.9    0.5458     37.90    291.76
6      188.834    0.20                                 37.56           
7      115.832    3.51   1.88300    40.8    0.5667     37.37     98.67
8     -354.793   (可変)                                36.94           
9       55.693    5.10   1.69680    55.5    0.5433     35.17     63.10
10     -205.133    8.16                                 34.92           
11      135.179    6.36   1.77250    49.6    0.5521     30.94     32.82
12      -30.749    1.50   1.65412    39.7    0.5737     30.47    -28.56
13       49.273   (可変)                                27.10           
14(絞り)   ∞      8.45                                 26.23           
15      -19.812    1.60   1.80518    25.4    0.6161     24.67    -21.64
16      162.418    4.90   1.83481    42.7    0.5642     27.85     62.15
17*     -75.798    0.20                                 29.46           
18     -470.465    6.60   1.77250    49.6    0.5521     30.67     45.14
19      -32.806    0.20                                 33.09           
20     -154.187    6.32   1.77250    49.6    0.5521     36.37     56.91
21      -34.950                                         37.53     
像面        ∞  
非球面データ
第17面
K = 4.82454e+000  A 4= 1.27386e-005  A 6= 2.46580e-009  A 8=-1.63965e-011  
A10= 1.16481e-014  
焦点距離      33.00  
Fナンバー      1.45  
半画角        33.25  
像高          21.64  
レンズ全長   128.60  
BF            39.36  
焦点調節可変間隔    無限遠合焦時      至近合焦時（像面より0.3ｍ）
d 8                   6.26                 0.50
d13                   4.23                 3.57
各レンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1    -143.79  
2    9      73.18  
3   15      45.49  
＜数値実施例６＞
面データ
面番号      r         d       nd       vd      θgF      有効径   焦点距離
1      144.032    2.80   1.56732    42.8    0.5730     51.42    -72.47
2       31.896    7.37                                 43.18           
3      134.427    2.30   1.69895    30.1    0.6029     42.84    -97.91
4       45.260   11.78                                 40.55           
5       69.612    4.17   2.00069    25.5    0.6133     40.11     76.25
6      703.046   (可変)                                39.63           
7       65.773    7.06   1.77250    49.6    0.5521     35.48     38.40
8      -51.942    1.50   1.65412    39.7    0.5737     35.26   -105.74
9     -207.258    9.33                                 34.46           
10      336.996    6.50   1.80400    46.6    0.5572     29.64     29.89
11      -25.793    1.50   1.72047    34.7    0.5834     29.15    -25.73
12       69.207   (可変)                                26.33           
13(絞り)   ∞      7.36                                 25.55           
14      -18.795    1.60   1.75520    27.5    0.6103     24.45    -20.02
15       83.712    3.69   1.81600    46.6    0.5568     28.11     47.36
16*     -71.020    0.37                                 28.84           
17     -310.370    5.67   1.77250    49.6    0.5521     29.59     44.91
18      -31.588    0.20                                 30.55           
19     -112.941    4.94   1.77250    49.6    0.5521     32.83     57.32
20      -32.530                                         33.73           
像面        ∞   
非球面データ
第16面
K = 3.09216e+000  A 4= 1.39545e-005  A 6= 9.44622e-010  A 8=-1.48017e-011  
A10= 1.54514e-015  
焦点距離      33.32  
Fナンバー      1.45  
半画角        33.00  
像高          21.64  
レンズ全長   126.22  
BF            37.99  
焦点調節可変間隔    無限遠合焦時      至近合焦時（像面より0.3ｍ）
d 6                    6.83               1.32
d12                    3.26               2.26
各レンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1    -143.42  
2    7      72.39  
3   13      46.26  
＜数値実施例７＞
面データ
面番号      r         d       nd       vd      θgF      有効径   焦点距離
1      130.413    2.80   1.51633    64.1    0.5352      50.76    -78.78
2       30.865    9.43                                  42.29     
3     -638.842    2.30   1.58913    61.1    0.5406      41.87    -92.75
4       60.084   10.82                                  39.84      
5*      84.426    4.58   1.78800    47.4    0.5559      38.60     77.00
6     -214.306   (可変)                                 38.18      
7       57.548    5.00   1.72916    54.7    0.5444      34.99     62.34
8     -212.802    8.82                                  34.73      
9      355.239    6.35   1.80400    46.6    0.5572      30.60     34.70
10      -30.200    1.50   1.65412    39.7    0.5737      30.05    -30.03
11       58.273   (可変)                                 27.10      
12(絞り)   ∞      8.20                                  26.11      
13      -19.812    1.60   1.80518    25.4    0.6161      24.65    -21.64
14      162.418    4.90   1.83481    42.7    0.5642      27.82     62.15
15*     -75.798    0.20                                  29.43      
16     -470.465    6.60   1.77250    49.6    0.5521      30.27     45.14
17      -32.806    0.20                                  32.76      
18     -154.187    6.32   1.77250    49.6    0.5521      36.00     56.91
19      -34.950                                          37.18      
像面        ∞
非球面データ
第5面
K =-2.33085e+000  A 4= 2.90341e-007  A 6=-9.23173e-011  A 8= 1.45810e-013  A10=-6.71605e-017  
第15面
K = 4.82454e+000  A 4= 1.27386e-005  A 6= 2.46580e-009  A 8=-1.63965e-011  
A10= 1.16481e-014  
焦点距離      33.00  
Fナンバー      1.45  
画角          33.25  
像高          21.64  
レンズ全長   129.44  
BF            39.35  
d 6            6.26  
d11            4.23  
d19           39.35  
焦点調節可変間隔    無限遠合焦時      至近合焦時（像面より0.3ｍ）
d 6                    6.26              0.65 
d11                    4.23              3.51
各レンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1    -155.06  
2    7      75.22  
3   12      45.49  
【００６１】
【表１】
2014202952.tif 000004
【００６２】
図１８は一眼レフカメラの要部概略図である。図１８において、光学系１は数値実施例１〜７の撮影光学系である。撮影光学系１は保持部材である鏡筒２に保持されている。２０はカメラ本体である。カメラ本体２０はクイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、接眼レンズ６等によって構成されている。クイックリターンミラー３は、撮影光学系１０からの光束を上方に反射する。焦点板４は撮影光学系１０の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。観察者は、その正立像を接眼レンズ６を介して観察する。７は感光面であり、像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、感光面７上に撮影光学系１０によって像側形成される。尚、本発明の光学系は、放送用テレビカメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に適用できる。
このように本発明の単焦点レンズを一眼レフカメラや映画用カメラに適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
【符号の説明】
【００６３】
Ｕ１    ：  第１群
Ｕ２    ：  第２群
Ｕ２１  ：  第２１群
Ｕ２２  ：  第２２群
ＳＰ    ：  開口絞り
１      ：  撮影光学系
【図１】
2014202952.tif 000005
【図２】
2014202952.tif 000006
【図３】
2014202952.tif 000007
【図４】
2014202952.tif 000008
【図５】
2014202952.tif 000009
【図６】
2014202952.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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