JP2013242565A - 高い開口数を有する反射屈折光学系 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学系は、第1の中間像面において、物体面に配置された物体の第1の中間像を形成する第1の光学群と、像面において、第1の中間像に基づいて物体の最終像を形成する第2の光学群及び第3の光学群とを含む。第1の光学群は、第1の表面と、第1の表面に面する凹面の第2の表面とを有する固体レンズからなり、固体レンズは、物体で生じた光を収集し、且つ、その内部で収集光を少なくとも2回反射する。第2の光学群は、少なくとも1つのマンジャンミラーを含み、第3の光学群は、複数のレンズを含む。第1の光学群、第2の光学群及び第3の光学群は、軸上色収差及びペッツバール湾曲を適切に制御することができ、その結果、高NA照明による結像を行うことができる。
【選択図】図1
Description
ここで、noは、物体空間の媒体(空気、オイル、水など)の屈折率であり、θmは、第1の対物レンズによって捕らえられる最大光錐の半角である。別の表現をすれば、θmは、レンズの光軸AXと、物体Oで生じ、対物レンズによって捕捉される周辺光線との間に形成される角度である。第1の対物レンズで捕らえられる最大光錐の最大角は、光を失わず、且つ、著しい収差を生成しない角度である。
ここで、λは、照明に使用される光の波長であり、NAは、式(1)で定義される物体空間での顕微鏡の開口数であり、0.61は、レイリーの基準から導出される。従って、式1及び式2から、高い解像度Rを達成するためには、波長を低減するか、又は、開口数を増加させるかのどちらかであり、より好ましくは、両方が試みられるべきである。しかしながら、非常に狭い波長を有する放射光源は高価であり、殆どの実際の用途において取扱いに注意を要するため、顕微鏡の解像度Rを増加させるための取組みは、一般には、NAを増加させることを指向してきた。具体的には、高いNAは、高解像度Rを有し、物体の著しく小さいフィーチャを解像することができる顕微鏡対物レンズをもたらすため、本願の背景技術の欄で説明した参考文献の各々は、NAを増加させ、且つ、収差を最小にする試みを行ってきた。
表1:図1に示す光学系1の屈折力及び収差特性の要約
表2:図4に示す光学系2の特性の要約
表3:光学系1(図1)に対応する光学構成要素のパラメータ
Claims (13)
- 第1の中間像面において、物体面に配置された物体の第1の中間像を形成する第1の光学群と、
像面において、前記第1の中間像に基づいて前記物体の最終像を形成する第2の光学群及び第3の光学群と、
を備える光学系であって、
前記第1の光学群、前記第2の光学群及び前記第3の光学群は、前記物体面から前記像面まで順に前記光学系の光軸に沿って配置され、
前記第1の光学群は、第1の表面と、前記第1の表面の反対側にある凹面の第2の表面とを有する固体レンズからなり、前記固体レンズは、前記物体で生じた光を収集し、且つ、前記収集された光を内部で少なくとも2回反射し、
前記第2の光学群は、少なくとも1つのマンジャンミラーを含み、前記第3の光学群は、複数のレンズを含む
ことを特徴とする光学系。 - 前記固体レンズにおいて、前記収集された光は、前記凹面の第2の表面によって前記第1の表面に向けて反射され、
前記第1の表面は、前記収集された光が前記第1の中間像面に収束されて前記第1の中間像を形成するように、前記収集された光を前記像面に向けて反射する
ことを特徴とする請求項1に記載の光学系。 - 前記第2の光学群は、2つのマンジャンミラーと、レンズ群とを含み、前記マンジャンミラーの少なくとも一方は、前記物体面に面する凹面表面を有することを特徴とする請求項2に記載の光学系。
- 前記第2の光学群の前記レンズ群は、前記第1の中間像面からの前記第1の中間像を第2の中間像面に結像して第2の中間像を形成し、
前記第3の光学群は、前記像面において、前記第2の中間像に基づいて前記最終像を形成する
ことを特徴とする請求項3に記載の光学系。 - 前記第2の光学群は、1つのマンジャンミラーと、中空部が軸領域にある凹面ミラーとを含み、
前記1つのマンジャンミラー及び前記凹面ミラーは、前記物体面から前記像面まで順に配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の光学系。 - 前記第2の光学群は、前記収集された光を前記中間像面から前記第3の光学群に中継し、
前記第3の光学群は、前記収集された光を前記像面の上に収束して前記最終像を形成する
ことを特徴とする請求項5に記載の光学系。 - 前記収集された光を前記中間像面から前記第3の光学群まで中継するために、前記収集された光は、前記凹面ミラーによって前記1つのマンジャンミラーに向けて反射され、前記1つのマンジャンミラーは、前記凹面ミラーの前記中空部を通して前記収集された光を透過させることによって、前記収集された光を前記像面に向けて反射することを特徴とする請求項6に記載の光学系。
- 前記第2の光学群の少なくとも1つの反射要素は、非球面を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学系。
- 前記物体は、約400ナノメートル以上700ナノメートル以下の波長範囲を有する放射で結像されることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
- 前記第1の光学群は、正の屈折力を有し、外向ペッツバール湾曲及び過大補正の軸上色収差を生成し、
前記第2の光学群は、正の屈折力を有し、外向ペッツバール湾曲及び過大補正の軸上色収差を生成し、
前記第3の光学群は、正の屈折力を有し、内向ペッツバール湾曲及び過小補正の軸上色収差を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の光学系。 - 前記第1の光学群は、正の屈折力を有し、外向ペッツバール湾曲及び過大補正の軸上色収差を生成し、
前記第2の光学群は、正の屈折力を有し、内向ペッツバール湾曲及び過小補正の軸上色収差を生成し、
前記第3の光学群は、正の屈折力を有し、外向ペッツバール湾曲及び過大補正の軸上色収差を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の光学系。 - 物体面及び像面を有する撮像装置であって、
前記物体面と前記像面との間に配され、1.3を超える開口数で約400から700ナノメートルの波長範囲の光を収集する対物光学系と、
前記像面に配置された光検出器であって、当該光検出器の上に前記対物光学系によって収束される前記光を検出して最終像を形成する光検出器と
を備え、
前記対物光学系は、
第1の中間像面において、前記物体面に配置された物体の第1の中間像を形成する第1の光学群と、
前記像面において、前記第1の中間像に基づいて前記物体の前記最終像を形成する第2の光学群及び第3の光学群と
を備え、
前記第1の光学群、前記第2の光学群及び第3の光学群は、前記物体面から前記像面まで順に前記対物光学系の光軸に沿って配置され、
前記第1の光学群は、実質的に平坦な第1の表面と、前記第1の表面に面する凹面の第2の表面とを有する固体レンズからなり、前記固体レンズは、前記物体で生じた光を収集し、且つ、前記収集された光を内部で少なくとも2回反射し、
前記第2の光学群は、少なくとも1つのマンジャンミラーを含み、前記第3の光学群は、複数のレンズを含む
ことを特徴とする撮像装置。 - 第1の中間像面において、物体面に配置された物体の第1の中間像を形成する第1の光学群と、
像面において、前記第1の中間像に基づいて前記物体の最終像を形成する第2の光学群及び第3の光学群と
を備える光学系であって、
前記第1の光学群、前記第2の光学群及び前記第3の光学群は、前記最終像を形成するように前記物体面から前記像面まで順に前記光学系の光軸に沿って配置され、
前記第1の光学群は、前記物体で生じた光を収集し、前記収集された光を内部で少なくとも2回反射するために、第1の表面と、前記第1の表面の反対側にある凹面の第2の表面とを有し、前記第1の光学群は、正の屈折力を有し、外向ペッツバール湾曲及び過大補正の軸上色収差を生成し、
前記第2の光学群は、少なくとも1つのマンジャンミラーを含み、前記第3の光学群は、複数のレンズを含み、前記第2の光学群及び前記第3の光学群は、正の屈折力を有し、
前記第2の光学群及び前記第3の光学群の一方は、外向ペッツバール湾曲及び過大補正の軸上色収差を生成し、前記第2の光学群及び前記第3の光学群の他方は、内向ペッツバール湾曲及び過小補正の軸上色収差を生成する
ことを特徴とする光学系。
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