JP2018537708A - 小さな中心遮蔽部を有する広帯域反射屈折顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

波長１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの作動範囲に対して色補正される、貫通孔を有さない主球状前面ミラーおよび後面平行平面ミラーを含む反射屈折顕微鏡対物レンズが提供される。ミラーのそれぞれは、光軸と同軸に形成された開口を規定する環状の反射コーティングを有する。対物レンズはマンジャン素子を欠いており、約５０ミクロンよりも小さい直径を有する任意の光学視野に対して、シュトレール比が０．０７８１以上であるように、および／または軸上球面収差が０．０００８ｍｍ以下であるように、および／または非点収差が０．０００５ｍｍよりも小さいように、および／または歪曲が作動範囲内で０．０１２％よりも小さいように、構成されている。【選択図】 図３

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１０月３０日に出願した米国仮特許出願番号６２／２４８，４８６、"BroadBand Catadioptric Microscope Objective With Small Central Obscuration"
の優先権を主張する。この仮特許出願の開示事項は、参照により本出願に組み込まれる。

本発明は一般的に顕微鏡対物レンズに関し、特に、主凹状前面ミラーと二次後面平行平面基材ミラーとを有する乾燥系反射屈折顕微鏡対物レンズに関する。主凹状前面ミラーと二次後面平行平面基材ミラーのそれぞれは、基材を貫通する開口を有さずに、対物レンズの光軸を中心とする光学的開口を形成する反射薄膜を有する。

種々の工業用および研究用の応用は、スペクトルの一部である深紫外線（ＤＵＶ）におけるイメージングを含む広帯域分光イメージングからの利益を受ける。いくつかの応用はさらに、液浸、カバーグラス補正、または広範囲な温度領域における動作を要求する場合がある。一般的な用途に適合するためには、顕微鏡対物レンズは容易に製造可能で、標準的な顕微鏡内に適合するために十分小さく、妥当なコストが必要である。

現在、入手可能な顕微鏡光学系は、（屈折（dioptric）（屈折（refractive））、反射（catoptric）（反射（reflective））、および反射屈折（反射＋屈折））の、３つの異
なる設計によって構成されたものが含まれる。これらの設計アプローチを利用して現在入手可能な対物レンズのうち、４００ｎｍ未満で高解像度を有する良好な性能が可能なものの数は、非常に限られている。典型的な軸上屈折顕微鏡対物レンズの最適化された作動は、（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度である）スペクトルの可視部分に限定される。反射屈折設計の場合には、少なくとも反射屈折対物レンズの主ミラーにおいて存在する中心遮蔽部が系の光学的伝達関数を制限し、そのような対物レンズを備える顕微鏡によって調査される試料の空間的特徴に対する感度を結果的に失う。軸外設計への変更は動作スペクトル帯域幅の幅をいくらか増加するとはいえ、軸外反射屈折対物レンズはあまりにも大きくなり、標準設定において実際に使用することが複雑になる。

従って、顕微鏡対物レンズの再設計の必要性があり、特に、対物光学系に存在する中心遮蔽部を最小化しながら、深紫外線から近赤外線におよぶ光学投影システムのスペクトル窓または帯域に亘って安定的に低収差作動する対物レンズを再設計する必要がある。

概要
本発明の実施形態は、光軸を有する乾燥系顕微鏡対物レンズ（すなわち、屈折率整合流体に浸漬することなく作動するように構成された顕微鏡対物レンズ）を提供する。対物レンズは、アフォーカル光学リレーユニットを形成する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、反射屈折光学素子群とを備える。反射屈折光学素子群は、以下に述べる（ｉ）と（ｉｉ）によって形成されている。
（ｉ）光軸と同軸の開口（オプション的には閉じた円形視野計（closed circular perimeter）を有する）を有した反射コーティングが施された凹状前面および第２レンズ群に対
向する後面を備えた第１基材を有する主凹状前面ミラー。
（ｉｉ）（オプション的には平行平面として構成される）第２基材を有し、凹状前面から離れて対向する後面および凹状前面に対向する前面を備えた二次後面ミラー。
一実施形態では、そのような対物レンズは、マンジャン素子および／または第１基材の表面と第２基材の表面との間に第３の基材を有していない。それに加えてまたはその代わりに、そのような任意の素子がなく、対物レンズは主凹状前面ミラーの後面と凹状の前面とが互いに同軸ではないように構成されている。加えて、一実施形態では二次後面ミラーの後面は光軸に垂直であってもよく、その一方で（またはその代わりとして）第２レンズ群は、互いに直接的に隣接する第１および第２のメニスカスレンズ（第１のメニスカスレンズの凹面と第２のメニスカスレンズの凹面とは互いに対向している）を有する。

本発明の実施形態は、光軸を有する対物系を用いて試料を光学的に結像する方法をさらに提供し、この方法は、（ａ）対物系の平行平面ミラーの第１面に施された第１反射コーティングの第１開口を介して、前記試料からの第１の光を集光して第２の光を形成するステップと、（ｂ）凹面鏡（concave mirror）の前面に施された第２反射コーティングから反射されて平行平面ミラーの基材を２度横切った第２の光を、第２反射コーティング内の第２開口を介して透過させるステップと、を有しており、第１面は対象物（object）に直接的に隣接している。さらに、第１開口および第２開口は光軸に対して同軸であり、凹面鏡はその基材内に貫通開口を有さない。

さらなる実施形態は光軸を有する対物系を提供し、さらに次の（ｉ）および（ｉｉ）を備える。
（ｉ）正の屈折力を有するレンズ群。
（ｉｉ）次の（ｉｉａ）および（ｉｉｂ）を有する反射屈折群。
（ｉｉａ） （光軸と同軸の閉じた円形視野計を有する開口を有した）反射コーティングが施された凹状前面およびレンズ群に対向する後面を備えた第１基材を有する主凹状前面ミラー。
（ｉｉｂ）平行平面板として構成された第２基材を有し、（凹状前面から離れて対向する後面および凹状前面に対向する前面を備えた）二次後面ミラー。
このような対物系において、レンズ群の焦点は主ミラーと二次ミラーとの間に位置しており、対物系の幾何学的形状は、１＜Ｌ／Ｄ＜２．２の条件を満足する。但し、Ｌは主凹面鏡の後面と約５００ナノメートルの波長での焦点との間の距離であり、Ｄは主凹面鏡の中心厚である。
対物系のある実施形態においては、レンズ群はアフォーカル光学リレーユニットを有してもよく、その一方でＦａ／ＴＬ＞３の条件を満足する。（但し、Ｆａはその波長でのアフォーカル光学リレーユニットの焦点距離であり、ＴＬは対物レンズの入射瞳から対物レンズの像面までの光軸に沿って測定した対物レンズの全長である。）

後者の実施形態の特定のバージョンでは、アフォーカル光学リレーユニットは、ａ）その選択された波長で焦点距離Ｆａ＿ｆを有する前方光学ユニットと、ｂ）その選択された波長で焦点距離Ｆａ＿ｒを有する後方光学ユニットとを備え、１．４＜Ｆａ＿ｒ／Ｆａ＿ｆ＜２、の条件を満足するように構成されている。
対物系は、レンズ群がアフォーカル光学リレーユニットと主凹面鏡との間に配置された正レンズユニットをさらに備えるように任意の前述の実施形態によって構成可能である。（正レンズユニットはその選択された波長でＦｆの焦点距離を有し、反射屈折群は前記波長でＦｃの焦点距離を有し、１．６＜Ｆｃ／Ｆｆ＜２．４、の条件を満足するように構成されている。
最終的に対物系の一実施形態においては、主凹状前面ミラーの後面は曲率半径Ｒ１を有し、主凹状前面ミラーの凹状の前面は曲率半径Ｒ２を有し、主凹状前面ミラーの後面と主凹状前面ミラーの凹状の前面とは互いに同心ではなく、次の条件を満足する。
｜（２×Ｒ１×Ｒ２）／｛Ｄｉａ×（Ｒ１−Ｒ２−Ｄ）｝｜＜２０
但し、Ｄは主凹面鏡の中心厚さであり、Ｄｉａは主凹面鏡の直径である。

本発明は、通常は縮尺通りでない概略的な以下の図面と併せて引き続く詳細な説明を参照することにより、より完全に理解される。
光学素子の３つの主要な群（合焦レンズ群、フィールドレンズ群、反射屈折群）を有する従来構成の反射屈折顕微鏡対物レンズの概略図である。ここで、（ｉ）反射屈折群の主ミラーおよび二次ミラーのそれぞれは、後面ミラー（第２面ミラー）であり、（ｉｉ）反射屈折群の主ミラーは、軸方向に中心のある貫通孔を含み、（ｉｉｉ）フィールドレンズ群は、実質的に反射屈折群内に配置されている。 光学素子の３つの主要な群（合焦レンズ群、フィールドレンズ群、反射屈折群）を有する従来構成の反射屈折顕微鏡対物レンズの概略図である。ここで、（ｉ）反射屈折群の主ミラーおよび二次ミラーのそれぞれは、後面ミラー（第２面ミラー）であり、（ｉｉ）反射屈折群の主ミラーは、軸方向に中心のある貫通孔を含み、（ｉｉｉ）フィールドレンズ群は、実質的に反射屈折群内に配置されている。 別の従来例である２６６ｎｍ〜８００ｎｍのスペクトル帯域幅で補正された９素子反射屈折対物レンズを示す光学的な概略図である。ここで、（ｉ）反射屈折群の主ミラーおよび二次ミラーのそれぞれは、後面（第２面）ミラーであり、（ｉｉ）対物レンズの中心遮蔽部は、主ミラーの第２面での反射コーティングの欠如によって定義される。 本発明の一実施形態の光学列を示す概略図である。 図３の光学列のそれぞれの部分を示す説明図である。 図３の光学列のそれぞれの部分を示す説明図である。 図３の光学列のそれぞれの部分を示す説明図である。 図３の光学列のそれぞれの部分を示す説明図である。 図３の光学列のそれぞれの部分を示す説明図である。 図３に示す実施形態の残留収差を特徴づけるプロットを示す説明図である。 図３に示す実施形態の残留収差を特徴づけるプロットを示す説明図である。 本発明一実施形態に従って構成された顕微鏡対物レンズを用いて像を形成するためのプロセスのフローチャート図である。

詳細な説明
本発明思想の実施によって、従来構成の反射屈折型顕微鏡対物レンズの製造および作動を悩ませる実用的な問題に対処する。約０．９以上の開口数（ＮＡ）を有して開口数（ＮＡobsc）が０．０５以下で特徴づけられる（対物レンズを通って伝搬する光に対する）中心遮蔽部を有する広帯域反射屈折乾燥系顕微鏡対物レンズにおける要求は、少なくとも１９０ｎｍ〜９００ｎｍの間のスペクトル範囲内で色補正された対物レンズの光学設計に対処することおよびそれを解決することである。すなわち、（基材に貫通孔を有しない）前面が凹球面の主ミラーと平行平面後面二次ミラーとの組み合わせを含む反射屈折群を用いる設計、すなわち、２つのミラー間および／または反射屈折群内のレンズ素子を有さない設計に対処すること、およびそれを解決することである。解決された実用的な問題の説明および解決策の選択の説明は、以下の記載から明らかになる。

リソグラフィでは、例えば（一例がウエハである）半導体基板および／または製造された半導体チップ上に形成されたパターンの光計測は、しばしば光回折および異なるオーダーの光学ビームによって回折されて形成された回折光学素子を使用する光測定システムの使用により、回折光学素子の照明用に多色光源を使用しながら行われる。調査中の半導体チップの表面に関する最大限の情報を抽出するためには、次の（ａ）および／または（ｂ）が好ましい。（ａ）リソグラフィツールの投光／集光光学系の光学瞳の可能な限り多くを使用すること。（ｂ）深紫外線波長を含む、広範な達成可能なスペクトル範囲内で作動
すること。これらの特徴の一方または双方を改善する推進力の１つは、そのような対物レンズを用いて行われるパターニングされた半導体ウエハおよび／または製造された（即ち検査される）半導体チップに存在するパターン形状の光回折に起因する光学的アーティファクトに対して、低感度な光学結像を容易にしたいという要求である。これは、次々に反射屈折顕微鏡が使われる場合に、反射屈折系のレフレクターを通して伝搬される光に対する中心遮蔽部が最小化されなければならないことを暗示している。反射屈折設計の選択が好ましいことを決定づける考察は、以下の通りである。

−屈折（または屈折）顕微鏡対物レンズは、可視顕微鏡法の標準であるとはいえ、前述したゴールを達成するための第１の選択ではない。このスタイルの対物レンズに対する複雑さおよびコストは、色補正量に基づいて増加する（すなわち、勿論、対物レンズのスペクトルに広範囲の性能が求められるときには速やかに増加する）。深紫外線における使用に対する反射型対物レンズは、光学材料の使用可能性によって制限される。残念なことに高い開口数（ＮＡ）の反射対物レンズは、高い透過率および所望の分散を有するガラスタイプの欠如により、３５０ｎｍ未満の波長を含む重要な帯域幅を有して製造することができない。たとえ低い透過率を有するいくつかのガラスが考慮されても、それらは、そのようなガラスのスペクトル分散特性との類似に起因する色収差によって制限されるので帯域幅を大きく増加させることができない。

−その一方で、反射屈折対物レンズ（または「全反射」解決策）は、広いスペクトル帯域に亘って実質的に色収差に対する作動上の問題を引き起こさないので広帯域アプリケーションに対しては好ましい選択肢であると思われ、動作帯域幅はミラーコーティングの分光特性によってのみ制限される。しかし、反射屈折設計は異なる動作上の欠点を有する。反射屈折対物レンズは（Schwarzschildの２つのミラー設計のように）軸対象であり、開
口数が限られるだけではなく、大きな中心遮蔽部が空間周波数の中間範囲における性能低下を引き起こし、大口径のミラーを使用した場合でも視野サイズは限られる。種々の軸外ミラー系が存在するとはいえ、それらは限定された開口数しか有さず、大きくなりやすく、光学アライメントが困難になる。

光軸１０４を有する関連技術の反射屈折対物レンズのための典型的な形態１００を図１Ａ、１Ｂに示す。図１Ｂは設計の軸部分の中心を示す。この対物レンズは、光学素子の３つの主要部分、すなわち、合焦レンズ群１１０、フィールドレンズ群１２０、主ミラー１３４および二次ミラー１３８を含む反射屈折群１３０を有する。線１４０は、対物レンズの入射瞳によって物体（対象物）から受容された入力光の結果として、対物レンズを通過して伝搬する（光線として示される）光を示す。この設計では反射屈折群１３０の主ミラー１３４は、ミラー１３５のボデー部に軸方向に配置された（直径Ｄである）中心孔１４４を有しており、フィールドレンズ群１２０は反射屈折群内に部分的に配置されており、特に孔１４４内に配置されている。

反射屈折群１３０は、典型的には、２つの第２面ミラーまたはマンジャン素子（すなわち、ミラー１３４、１３６のそれぞれの反射面を有するミラーに入射する光は、別のミラーの第１面から入り別のミラーを横切って入射する）から構成されている。関連技術に使用されているように、用語マンジャン素子（Mangin element）またはマンジャンミラー（Mangin mirror）は、少なくとも部分的にまたは補正（減少）された球面収差で、または
球面収差なしに光を反射する曲面鏡を構成する、ガラスの後面に反射面を有する負のメニスカスレンズとして言及され、定義されている。

光源Ｌからの光は、対物レンズを介して対象物Ｏを照明する。対象物Ｏによって反射された光は、マンジャン素子１３８の（図示しない）開口を介して反射屈折群１３０に入り、その後、（対物レンズの主ミラーである）マンジャン素子１３４の第２面１３４Ｂでの
ミラーコーティングから反射され、図１Ｂに示すように反射屈折群１３０に対して内側にあるフィールドレンズ群１２０の近傍で中間像Ｉを形成するために、マンジャン素子１３４における開口または孔１４４を通過する前に（対物レンズの二次ミラーである）マンジャン素子１３８の第２面１３８Ｂで反射される。各マンジャン素子１３４、１３８の対象物Ｏまたは中間像Ｉに対する位置、およびそのようなマンジャン素子の直径は、対物レンズによる光の全遮蔽量によって決定される。中間像Ｉからの光は、その後、合焦レンズ群１１０に入る前にフィールドレンズ群１２０を通過する。合焦レンズ群１１０は、典型的には、反射屈折群１３０およびフィールドレンズ群１２０の残留収差を補正するために設計されている。実施形態１００に従って実施されている、現在入手可能な反射屈折対物レンズは、８０ｍｍより大きな直径を有し、６０ｍｍより大きな長さを有する。これによって、大きな作動距離、大きな開口数、および大きな視野サイズが得られている。

図２に概略的に示す、別の従来の実施形態２００は、シュンプマン（Schupmann）中間
望遠鏡に基づく反射屈折対物レンズを提供している。ここでは、単一の材料を使用して一次軸上色収差を補正する２つのレンズ設計が、ミラー配置１３０を用いて実像を生成する。実施形態１００と同様に、この設計は主ミラー２３４、二次ミラー２３８の使用で開始し、それらの第２面２３４Ｂ、２３８Ｂが反射鏡として使用される。（つまり、主ミラー２３４、二次ミラー２３８のそれぞれの反射面は、像化される対象物から対応するミラーに入射する光が、別のミラーの第１面から入り別のミラーを横切った後で入射するものである。主ミラー２３４、二次ミラー２３８の第１面は、それぞれ２３４Ａ、２３４Ｂと符号が付されている。）、実施形態２００の概念によって構成された対物レンズは、実施形態１００と比較して主ミラー２３４（および／または二次ミラー２３８）の中心孔を欠いており、少なくとも主ミラー２３４の第２面２３４Ｂ上の反射コーティングが図２の符号２５０で示す軸方向領域内で除去されており、対象物から反射屈折群１３０を通ってフィールドレンズ１２０への光の送達を容易にし、その加算によって二次軸上色収差の補正が可能になるので、中心遮蔽は維持される。

とりわけ、Ｄｒ．ShaferらによってＳＰＩＥ第５５２３号で論じられたこのタイプの設計の変形（２０１４年１０月１４日、第１２巻、レンズ設計および光学技術の最近の進展Ｖ、これは本明細書に参照として組み込まれる。）および２６６ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において色補正され、０．９の開口数を有して最大の反射屈折素子が直径２５ｍｍを有する対物レンズを提供すること、は屈曲されて平面ではない反射面２３８Ｂおよび主ミラー２３４のほぼ同心円面２３４Ａ、２３４Ｂを含む。

Shaferの概要およびShaferらに基づいた関連技術の分析（例えば、米国特許公報第５，０３１，９７６号、５，７１７，５１８号、６，０６４，５１７号、６，３９２，７９３号，６，４８３，６３８号、６，５６０，０１１号、７，１３６，２３４号、７，１８０，６５８号、７，３０７，７８３号、７，３５１，９８０号、７，４５７，０３４号、７，６４６，５３３号、７，６７２，０４３号、７，６７９，８４２号、７、８６９、１２１号および８，６７５，２７６号、これらのほとんどは、Shaferらと同じグループに特許されている。）から、従来設計の反射屈折顕微鏡対物レンズは、次の（ａ）または（ｂ）または（ｃ）のいずれかの組み合わせを用いることが明らかである。
（ａ）穴（孔）を有する主凹状前面ミラーと二次平行平面後面ミラー。
（ｂ）穴を有さない（負メニスカスレンズの後面に反射コーティングによって形成されたリフレクタを含んでいるミラーとして知られている）主凹面マンジャンミラーと、二次後面ミラー。
（ｃ）主ミラーおよび二次ミラーの間に少なくとも１つの負の屈折力を有するレンズを有する主凹状前面ミラー、および、非平面二次後面ミラー。
これらの構成は、すべてが開口数０．０５未満の小さな中心遮蔽部の達成を困難にするか実現困難にする（特に、フィールドレンズ群の素子が主ミラーの中心孔の内側または内
部に位置する場合は、中心孔はレンズ取付のための仕掛け用のスペースを含むために十分に大きくなければならないため）。

加えて、反射屈折設計に関する光学製造は、サイズ、複雑さおよびコストが考慮要素である。例えば、光学エンジニアリングの分野でよく知られ、認識されているように、マンジャン素子には高精度表面が必要であり、任意の反射表面の目標形状からの表面形状誤差または偏差が特に重要である。（例えば、先ほど述べたShaferらの参照文献を参照。）同時に、ミラーの中心孔はミラーの表面形状精度の低下なく切断または形成することが困難であるという実用上の問題をもたらすことが光学製造において長期間において確立している。さらに加えて、（図１Ａ、図２のミラー１３４、２３４のいずれかのように）マンジャン素子の表面または反射屈折群の２つのミラーの間に配置されている負の屈折力を有するレンズ素子は、ほとんど同心になりやすく、当業者によって容易に認識されるように、それらを正確に研削されたエッジで製造することは困難になる。加えて、対象物からの光はフィールドレンズ群に向かう途中でマンジャン素子のそれぞれを２回通過しなければならないので、各通過について利用可能な透過波面許容値の半分の値でマンジャン素子を製造しなければならず、対物レンズの製造コストが実質的に増加する。

本発明の実施は、反射屈折顕微鏡対物レンズの反射屈折群が、好ましくは（関連技術で確立された方法とは対照的に、そのようなミラーの基材に貫通孔を有さない）前面が凹球面の主ミラー、および平行平面後面二次ミラーを使用することを特徴とする。その一方で同時に、これら２つのミラーの間／および／または反射屈折群の境界内に、レンズ素子および／またはより一般的には光学基材を含まないことを特徴とする。（「前面ミラー」または「第１面ミラー」は、ミラーに入射する光が最初に遭遇する反射面であるミラーである。）このような構成によって、最新の関連技術において認識されているが未解決であった実用的な制約に対処できる。

追加的な注釈を順に述べる。光学設計プログラムコードＶを用いて行われる本発明の思想による対物光学系の実施の指定の例およびそのような実施のサブシステムを表１および２に要約し、対応する図を参照して説明する。光学素子は（対物レンズの入射瞳に対して無限遠に位置する）「物体（対象物）」と呼ばれる素子から始まり、「後方に」順次番号を付しており、半導体ウエハ（像面）まで示す。この構成で、視準光を対物レンズの第１の光学素子（表には「素子番号１」と示し、図には「１」と示す）に向かわせ、対物レンズの第２の光学素子（同様に「２」と示す）を通って順次進ませて半導体ウエハ（像面内、表で「像」と示されて対物レンズを通して見える半導体ウエハの特徴を含む）に向かわせるように構成している。これにより、光学設計のプロセスに際してウエハ空間内における開口数や他の光学的パタメータを定義することがより容易になる。従って、「像径」は対物レンズの実施形態を通して半導体ウエハ上に（すなわち「像面」上に）送達される光によって結像される「物体（対象物）」の寸法を示す。正の曲率半径は曲面の右側に曲率中心があることを示し、負の曲率半径は曲面の左側に曲率中心があることを示す。寸法はミリメートルで示し、厚さは次の面までの軸方向の距離で定義する。示される像径は近軸値であり、光線追跡値ではない。

図３は、本発明の思想によって光軸３０４と同軸に構成した反射屈折広帯域顕微鏡対物レンズの光学設計レイアウト３００を示す。参照の便宜上、実施形態３００を光学素子の群である３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、および３００Ｄに「分割」して示し、これらをそれぞれ図４、５、６、７Ａ、７Ｂに概略的に示す。

レンズ素子１〜７（すなわち、群３００Ａと群３００Ｂとの組み合わせ）は、アフォーカルリレー３１０（すなわち、ビームの正味の収束または発散を生成せず、無限の有効焦点距離を有する光学系）を形成する。アフォーカルリレー３１０は、図３の左に示す作動
可能な外部入射瞳ＥＰを提供するように構成される。リレーレンズ系３１０は、正の屈折力を有する第１レンズ群３００Ａと正の屈折力を有する第２レンズ群３００Ｂを有する。第１レンズ群３００Ａにおいて、負レンズ（素子２）は隣り合う２枚の正レンズ（素子１、３）の間に配置されている。第２レンズ群３００Ｂは、異なるガラスタイプから作られて空気間隔によって分離されている素子６と７から構成されたコリメータダブレットを有する。アフォーカルリレー３１０は、また、光学素子８〜２２によって形成された対物レンズの次の部分の収差補正のいくつかに貢献する。

（群３００Ｃおよび３００Ｄを形成する）素子８〜２２は、（照明源からの視準された光、すなわちアフォーカルリレー３００Ｃを介して送達された視準光において）中間像を形成するカーネル対物レンズ３０００Ｃと、中間像を最終像面３２０（素子２３の面）に光学的に中継する２つのミラーとを形成する。実施形態の対物レンズを備えた顕微鏡によって実際に調査される、面２３に配置された対象物から前方を見ると、群３００Ｄの２つのミラーは、互いに直接的に対向する２つのミラーの面の間の位置に中間像を形成する。中間像は、第２レンズ群３００Ｃからアフォーカルリレー３１０にさらに中継される。

貫通孔を有しない凹状前面主ミラー（表側反射面１９Ａと後面または裏面１９Ｂとを有する光学素子１９として示す）および平行平面後面二次ミラー（前面２０Ａと後反射面２０Ｂとを有する光学素子２０として示す）の組み合わせは、対物レンズの光学素子の反射屈折群（ＣＧ）を形成する。前面１９Ａ上の反射素子／コーティングと呼ばれるハッチングＲｌは光学素子１９の基材に施される。図７Ｂに示す後面２０Ｂ上のハッチングＲ２は光学素子２０の基材に施される反射素子／コーティングを示す。

本発明思想の実施は、（光学素子１９として図３に示す）実施例の球状主ミラーが前面ミラーであるばかりでなく、同時に（光軸３０４に沿って形成されているいないに関わらず）基材内に貫通孔がなく、その結果として反射屈折群３０３Ｄの内部または内側に配置されている群３０３Ｃの光学素子は全くない、という点で関連技術によって提案された工夫とは劇的に異なることは当業者には容易に理解される。事実、（貫通孔を有さない後面ミラーまたは貫通孔を有する前面ミラーのいずれかとして構成された主ミラーを有する）関連技術の顕微鏡対物レンズとは対照的に、提案した設計は反射屈折群の光学素子内に貫通孔を有していないが、むしろコーティングの中央に（対応するミラーの光軸と同軸上に規定されて中心遮蔽部を形成する）小さな円形の非コーティング領域を有する。従って、本発明の思想によって構成された対物レンズの実施形態はマンジャン素子を含まない。

図３および７Ａ、７Ｂを参照すると、本発明の対物レンズの実施形態および部分３００Ｃを介して外部光源から送達された光Ｌで一度、物理的物体（対象物）（素子２３）が照射されると、対象物によって反射された光（図示の簡略化のために外縁光線７１０のみを示す）が平行平面ミラー２０、２２の後面２０Ｂを介して反射屈折群３００Ｄに入射し、その後、二次ミラー２０の前面２０Ａを横切り、（対物レンズの主ミラーである）凹面鏡１９の前面（第１面）１９Ａでミラーコーティング７３０から光７１２として反射し、さらに素子２０、２２の後面２０Ｂから光７１４として反射し、反射屈折群３００Ｄに対して内側で前面１９Ａの近傍に中間像IIを形成する。中間像IIからの光は、その後、軸方向中心の円形領域にコーティングを存在させないことにより（凹面鏡１９の前面１９Ａに施された）反射コーティング７３０内に形成された開口７３０Ａを通過する。光はさらに主ミラー１９の基材および（反射防止（ＡＲ）コーティングされている場合がある）後面１９Ａを通って、光７１６としてレンズ群３００Ｃに向かって伝搬する。

さらに図３を参照して図４、５、６を参照すれば、光７１６はさらに３００Ｃのレンズ群を通過してアフォーカルリレーユニット３１０に向かう対象物からの伝搬光として凹面が対向する一対のメニスカスレンズを横切る。レンズ１０、１１のこの２枚メニスカスの
組み合わせは、対物レンズ３００内の球面収差およびコマ収差を補正するように構成されており、これは（関連技術の対物レンズにおいてそのような収差補正に用いられる）マンジャン素子および／または複数のミラーの間の光学レンズを意図的に欠いている。対象物からの光は、アフォーカルリレーユニット３１０を介して光学倍率が１を超えてさらに伝搬する。

本設計によれば、中間像IIはミラーコーティング７３０および主ミラー１９の内側の前面１９Ａに大変近接しており、これにより、開口７３０によって規定される光学的遮蔽を非常に小さくできる。開口数（ＮＡobj）が０．９の対物レンズに対して光学遮蔽の開口
数（ＮＡobsc）が０．０５に等しいかまたは通常はより小さい。

主ミラー１９の前面１９Ａに対する中間像IIの具体的な位置は、通常、対象とするスペクトル帯域に亘って変化するので（ある場合には数ｍｍ）対物レンズの色補正の必要性が明らかになるが、これは反射屈折群３００Ｄの使用によって実質的に達成される。具体的にはこの場合には二次ミラーのコーティング７５０が被着しているガラスの平行平面部の使用のみで達成される。言い換えれば本発明の思想によれば（色収差の補正のために複数の光学素子の使用が必要である）関連技術の対物レンズの実施とは対照的に、本発明の実施形態においては、そのような補正は素子２０のみを使用するだけで達成できる。

前面ミラーとして提案した設計による反射屈折群の主ミラーを構成することによって、関連技術の既存の解決策と比較して有利で関連技術では常時直面する主ミラーの複雑な製造の問題が解決される。本設計の主ミラーは、孔を有する凹状前面ミラーよりも、また（ミラー表面上の表面形状誤差、および反射光によって２回通過する屈折面全体に亘る表面形状誤差に対してより敏感である）凹状後面ミラーよりも、製造がより容易であるからである。事実、本発明の実施においては、主ミラーの後面透過面（すなわち、面１９Ａ）は、照射された対象物から反射された光が主ミラー１９の表面よりも大幅に小さい開口を通って一度だけ横切る。加えて関連技術と比較して全く有利な点は、関連技術の主ミラーの設計では主ミラーの後面１９Ａの半径が関連技術には典型的であるほとんど同心的な条件を避けて自由に選択できることは提供できないからである。関連技術において広く認識されているほぼ同心または同心に近い主ミラーの面の取付のために正確に中心合わせをした縁を有して製造することは困難である。本設計の反射屈折群の主ミラーの裏（後）の非反射面それ自体は、一般に主ミラーの前の反射面と同心ではない。言い換えれば、通常、主ミラーの後面および前面は共通の曲率中心を有していない。

二次ミラー２０、２２の製造を実質的に楽にしている本設計の第２の構造的な特徴は任意の２面２０Ａ、２０Ｂの任意の曲率を回避していることであり、後の平面２０Ｂは物理的な対象物が対物レンズによって結像される面に近接して位置していることである。さらにまた（軸３０４と同軸で１．７ｍｍを超えない直径を有する）小さなかつ明りょうな非コーティング領域７５０Ａを有する反射コーティング７５０を面２０Ｂに施していることである。この非コーティング領域７５０Ａは、中間像IIに近接した主ミラーでの７３０Ａと同様な光遮蔽部を形成する。

表１は、本設計の１実施例の指定を具体化している。ここでは、関連技術に対して並外れて広範である１９０〜１０００ｎｍに亘るスペクトル帯域における色収差を最小化するために、２つの異なる屈折材料（石英ガラス（fused silica：FSILICA、溶融シリカ）お
よび蛍石（calcium fluoride、ＣａＦ_２、フッ化カルシウム）が選択されていることが明らかである。他の屈折材料も蛍石に代えて、または蛍石に加えて表面上用いることも可能であるが、石英ガラスは１９０ｎｍで優れた光透過性を有し、他の光学特性、機械的特性、熱的特性も優れており、さらに、（２つのミラー基材を用いる場合に実用上重要になる）固有複屈折を有さない事実も知られている。当業者には認識されているように固有複屈
折は、系を通過する光の偏光状態を混乱させ、計測学的測定に影響を及ぼすので通常は問題が残されたままである。この影響は（開口数に対応する）光の入射角が増加するにつれておよび／または光学素子の構成に使用されるガラスの厚さが増加するにつれて悪化する。本発明の一実施形態における固有複屈折の補正は、マンジャンミラーを使用せず、その代わりにより高度の補正を許容する前面ミラーを利用することにより達成される。

残留収差を横収差（transverse ray aberrations）の形態で図８に示す。同様に、表２の最も左側に相対光学視野（fraction optical field）の値を示し、波面収差の二乗平均平方根（RMS）、およびシュトレール比も示す。約５０ミクロンを超える（そして３００
ミクロンまでの直径の視野に対する）視野径を有する光学視野で結像性能の劣化を許容する既存技術に対して、本設計は、そのような劣化が５０ミクロンの直径を有する臨界視野内においてナビゲーションを妨げないという点で利点がある。

球面収差の残留軸上色収差を、残留非点収差、像面湾曲、歪曲（distortion）と共に図９に示す。対物レンズの具体的な実施形態の具体的な光幾何学的特性を表３Ａ、３Ｂに要約する。

































表１

表１（続き）

表２

表３Ａ

表３Ｂ

本明細書を通して「一実施形態」、「ある実施形態」、「関連する実施形態」または同様な用語は、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれる「実施形態」に関連して述べる具体的な特徴、構造、または特性を意味する。従って、本明細書を通しての用語表現である、「一実施形態においては」、「ある実施形態においては」および同様な用語表現は、必ずしもそうではないが同一の実施形態をいう。これは、それ自体でまた可能な図面との関係で本発明の全ての特徴の完全な記述を提供することを意図しているものではないことを理解されたい。

本明細書内において、実施形態は明りょうかつ正確に明細書を記載することを意図しているが、実施形態は本発明の範囲から逸脱することなく、種々に組み合わせたり分離され
たりしてもよい。具体的には、ここに記載された特徴のそれぞれは、本発明の全ての態様ではないが、大部分に適用可能であることが理解される。

さらに、本記述が（可能な限りどこでも同じ符号は同一または類似の要素を表す）対応する図面を参照して本発明の特徴を説明する場合、図示する構成要素は、強調および理解のために通常は縮尺に従ってはいない。本発明の全ての特徴の完全な説明を単一の図面で行うことを意図していないことも注記する。言い換えれば、図面は本発明の一部の特徴を描写するものであり、必ずしも全ての特徴を描写するものではない。図面およびその図面を参照する記述を含む説明の関連部分は、特定の図面の全ての要素を含むものではなく、また、その図面に表すことができる全ての特徴を含むものでもなく、少なくともその図面および説明を単純化し、図面に特徴付けられた具体的な要素の説明を導くものである。当業者は、本発明を特定の特徴、素子、構成要素、構造、詳細または特性のうちの１つまたは複数を用いずに実施しうること、または他の方法、構成要素、材料などを利用して実施しうることを認識するであろう。従って、本発明の実施形態の具体的な詳細は、そのような実施形態を説明するそれぞれの及び全ての図面に必ずしも示されていなくてもよく、説明の状況において別途必要としない限り、図面においてこの具体的な詳細の存在が暗示されてもよい。本発明に記載された単一の特徴、構造、または特性は、一または複数のさらなる実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。

図示するように、本発明の実施形態はまた、顕微鏡対物系を用いて像を形成する方法を提供する。図１０のフローチャート１００００に概略的に示すように、この方法は前記対物系の平行平面ミラーの表面に施された第１反射コーティング内の第１開口を介して放射を獲得するステップ（ステップ１００５０）と、凹面鏡の前側反射面によって反射された放射を平行平面ミラーの第１基材を２度通ってから透過させるステップ（ステップ１０１００）とを含む。本方法はさらに、（前側反射面に直接的に隣接し、かつ凹面鏡の第２基材の外側に形成された）中間像からの光を前側反射面に施された第２反射コーティング内の第２開口を介して中継するステップ１０１５０を含む。

透過させるステップ１０１００は、凹面鏡の基材を第２の光で１度だけ横切るステップ（ステップ１０１００Ａ）および／または（前面は第１曲率中心を有し、後面は第２曲率中心を有し、第１曲率中心と第２曲率中心とが互いに異なる）凹面鏡の後面を介して前記第２の光を透過させるステップを含んでもよい。この代りにまたはこれに追加して、透過させるステップ１０１００は、（ｉ）（前面は第１曲率中心を有し、後面は第２曲率中心を有し、第１曲率中心および第２曲率中心は互いに異なる）凹面鏡の後面を介して第２の光を透過させるステップ（ステップ１０１００Ｂ）、および／または（ｉｉ）凹面鏡の後面（反射防止コーティングを施している後面）を介して第２の光を透過させるステップ（ステップ１０１００Ｃ）を含んでもよい。
本方法はさらに、対物系を介して１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光を２度透過させるステップ（対物系は、０．１７以下の相対光学視野高（fractional optical field height）でその光に対するシュトレール比が０．７８を超える値を有する）
を追加的にまたは代わりに含んでもよい。加えて、一実施形態においては、代わりにまたは追加的に以下の（ａ）および（ｂ）のいずれかを含む光学的結像ステップ１０３００を含んでもよい。
（ａ）約１９０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光において、任意の相対光学視野高で軸上球面収差の絶対値が約８×１０^-4ｍｍを超えない値を有する対物系を介して試料を光学的に結像するステップ。
（ｂ）約１９０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光において、０．１５以下の相対光学視野高（fractional height of optical field）に対して、０．０００５ｍｍを超えない残留絶対非点収差値を有する対物系を介して試料を光学的に結像するステップ。
本方法のある実施形態は、さらに、１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光において、０．１７以下の相対光学視野高に対して、波面収差の残留二乗平均平方根の値が波数（waves）約０．０８を超えないように形成する対物系を介して試料を光学的に
結像するステップを含んでもよい。後者の具体的な実施形態において、光軸に沿って進む光に対して波面収差の残留二乗平均平方根の値が波数約０．０６を超えない値を有する対物系を介して光学的に結像するステップを含んでもよい。

本開示に添付された特許請求の範囲に記載された発明は、参照された先行技術に記載された特徴を含めて全体として本開示に照らして評価されることを意図している。

本開示および添付された特許請求の範囲の目的に対して、用語「実質的に」、「およそ」、「約」および同様な用語の使用は、手元の値、要素、特性または特徴の記述子に対して参照する値、要素、特性または特徴を強調するように意図されているが、必ずしも言及するように正確でなくてもよく、実際の目的のために、当業者にとって記載されたように考慮されることを意図している。具体的な特性または品質の記述子として適用されるこれらの用語は、「大概」、「主に」、「相当に」、「概して」、「本質的に」、「大きいことまたはかなり広げられていること」、「より大きいが必ずしも完全に同一でないこと」のような、意味を持たせて示す近似の言語であり、規定された特性または記述子を、その範囲が当業者に理解されるように述べる。具体的な一例においては、用語「およそ」、「実質的に」、「約」が数値に参照される場合、規定された値に対して、プラスマイナス２０％の範囲を示し、より好ましくはプラスマイナス１０％、さらにより好ましくはプラスマイナス５％、最も好ましくは規定された値に対して＋／−２％を示す。例示的な実施例に対して、２つの値が「実質的に同一」とは、２つの値の差が、値それ自身の＋／−２０％以内であること、好ましくは値それ自身の＋／−１０％以内であること、より好ましくは値それ自身の＋／−５％以内であること、さらにより好ましくは値それ自身の＋／−２％以内であることを意味する。

選択された特性または概念を記載する場合のこれらの用語の使用は、不明確さに対しておよび規定された特性または記述子への数値限定を加えることに対していかなる根拠をも示さないし、提供もしない。当業者であれば理解するように、そのような値、要素、または特性を言及したものから実際の値または特性に実際的な逸脱が生じ、そのような目的への使用が許容されている測定方法を用いる際の典型的な実験測定誤差によって規定される数値範囲内で変わりうる。

また、本発明のすべての特徴の完全な説明を支持するために単一の図面を意図していないことを注記する。言い換えれば、図面は本発明の一部の特徴を描写するものであり、必ずしも全ての特徴を描写するものではない。図面およびその図面を参照する記述を含む説明の関連部分は、特定の図面の全ての要素を含むものではなく、また、その図面に表すことができる全ての特徴を含むものでもなく、少なくともその図面および説明を単純化し、この図面に特徴付けられた具体的な要素の説明を導くものである。当業者は、本発明を、特定の特徴、素子、構成要素、構造、詳細または特性のうちの１つまたは複数を用いずに実施しうること、または、他の方法、構成要素、材料などを利用して実施しうることを認識するであろう。従って、本発明の実施形態の具体的な詳細は、そのような実施形態を説明するそれぞれの及び全ての図面に必ずしも示されていなくてもよく、説明の状況において別途必要としない限り、図面においてこの具体的な詳細の存在が暗示されてもよい。別の例においては、周知の構造、詳細、材料または特性は、図面に示さなくてもよく、記載される本発明の実施形態の観点を曖昧にすることを避けるために詳細な記載を示さなくてもよい。

本開示に添付された特許請求の範囲に記載された発明は、参照された先行技術に記載さ
れた特徴を含めて全体として本開示に照らして評価されることを意図している。

本発明の説明は、前述の実施形態の例を通して示しているが、当業者であればここに開示された発明の概念から逸脱することなく、その修正や変形ができることが理解される。本発明は開示された例に限定されるべきではない。

本発明の実施形態は、光軸を有する対物系を用いて試料を光学的に結像する方法をさらに提供し、この方法は、（ａ）対物系の平行平面ミラーの第１面に施された第１反射コーティングの第１開口を介して、前記試料からの第１の光を集光して第２の光を形成するステップと、（ｂ）凹面鏡（concave mirror）の前面に施された第２反射コーティングから反射されて平行平面ミラーの基材を２度横切った第２の光を、第２反射コーティング内の第２開口を介して透過させるステップと、を有しており、第１面は試料に直接的に隣接している。さらに、第１開口および第２開口は光軸に対して同軸であり、凹面鏡はその基材内に貫通開口を有さない。

光軸１０４を有する関連技術の反射屈折対物レンズのための典型的な形態１００を図１Ａ、１Ｂに示す。図１Ｂは設計の軸部分の中心を示す。この対物レンズは、光学素子の３つの主要部分、すなわち、合焦レンズ群１１０、フィールドレンズ群１２０、主ミラー１３４および二次ミラー１３８を含む反射屈折群１３０を有する。線１４０は、対物レンズの入射瞳によって物体（対象物）から受容された入力光の結果として、対物レンズを通過して伝搬する（光線として示される）光を示す。この設計では反射屈折群１３０の主ミラー１３４は、ミラー１３４のボデー部に軸方向に配置された（直径Ｄである）中心孔１４４を有しており、フィールドレンズ群１２０は反射屈折群内に部分的に配置されており、特に孔１４４内に配置されている。

反射屈折群１３０は、典型的には、２つの第２面ミラーまたはマンジャン素子（すなわち、ミラー１３４、１３８のそれぞれの反射面を有するミラーに入射する光は、別のミラーの第１面から入り別のミラーを横切って入射する）から構成されている。関連技術に使用されているように、用語マンジャン素子（Mangin element）またはマンジャンミラー（Mangin mirror）は、少なくとも部分的にまたは補正（減少）された球面収差で、または
球面収差なしに光を反射する曲面鏡を構成する、ガラスの後面に反射面を有する負のメニスカスレンズとして言及され、定義されている。

図２に概略的に示す、別の従来の実施形態２００は、シュンプマン（Schupmann）中間
望遠鏡に基づく反射屈折対物レンズを提供している。ここでは、単一の材料を使用して一次軸上色収差を補正する２つのレンズ設計が、ミラー配置１３０を用いて実像を生成する。実施形態１００と同様に、この設計は主ミラー２３４、二次ミラー２３８の使用で開始し、それらの第２面２３４Ｂ、２３８Ｂが反射鏡として使用される。（つまり、主ミラー２３４、二次ミラー２３８のそれぞれの反射面は、像化される対象物から対応するミラーに入射する光が、別のミラーの第１面から入り別のミラーを横切った後で入射するものである。主ミラー２３４、二次ミラー２３８の第１面は、それぞれ２３４Ａ、２３８Ａと符号が付されている。）、実施形態２００の概念によって構成された対物レンズは、実施形態１００と比較して主ミラー２３４（および／または二次ミラー２３８）の中心孔を欠いており、少なくとも主ミラー２３４の第２面２３４Ｂ上の反射コーティングが図２の符号２５０で示す軸方向領域内で除去されており、対象物から反射屈折群１３０を通ってフィールドレンズ１２０への光の送達を容易にし、その加算によって二次軸上色収差の補正が可能になるので、中心遮蔽は維持される。

（群３００Ｃおよび３００Ｄを形成する）素子８〜２２は、（照明源からの視準された光、すなわちアフォーカルリレー３１０を介して送達された視準光において）中間像を形成するカーネル対物レンズ３００Ｃと、中間像を最終像面３２０（素子２３の面）に光学的に中継する２つのミラーとを形成する。実施形態の対物レンズを備えた顕微鏡によって実際に調査される、面２３に配置された対象物から前方を見ると、群３００Ｄの２つのミラーは、互いに直接的に対向する２つのミラーの面の間の位置に中間像を形成する。中間像は、第２レンズ群３００Ｃからアフォーカルリレー３１０にさらに中継される。

本発明思想の実施は、（光学素子１９として図３に示す）実施例の球状主ミラーが前面ミラーであるばかりでなく、同時に（光軸３０４に沿って形成されているいないに関わらず）基材内に貫通孔がなく、その結果として反射屈折群３００Ｄの内部または内側に配置されている群３００Ｃの光学素子は全くない、という点で関連技術によって提案された工夫とは劇的に異なることは当業者には容易に理解される。事実、（貫通孔を有さない後面ミラーまたは貫通孔を有する前面ミラーのいずれかとして構成された主ミラーを有する）関連技術の顕微鏡対物レンズとは対照的に、提案した設計は反射屈折群の光学素子内に貫通孔を有していないが、むしろコーティングの中央に（対応するミラーの光軸と同軸上に規定されて中心遮蔽部を形成する）小さな円形の非コーティング領域を有する。従って、本発明の思想によって構成された対物レンズの実施形態はマンジャン素子を含まない。

図３および７Ａ、７Ｂを参照すると、本発明の対物レンズの実施形態および部分３００Ｃを介して外部光源から送達された光Ｌで一度、物理的物体（対象物）（素子２３）が照射されると、対象物によって反射された光（図示の簡略化のために外縁光線７１０のみを示す）が平行平面ミラー２０、２２の後面２０Ｂを介して反射屈折群３００Ｄに入射し、その後、二次ミラー２０の前面２０Ａを横切り、（対物レンズの主ミラーである）凹面鏡１９の前面（第１面）１９Ａでミラーコーティング７３０から光７１２として反射し、さらに素子２０、２２の後面２０Ｂから光７１４として反射し、反射屈折群３００Ｄに対して内側で前面１９Ａの近傍に中間像IIを形成する。中間像IIからの光は、その後、軸方向中心の円形領域にコーティングを存在させないことにより（凹面鏡１９の前面１９Ａに施された）反射コーティング７３０内に形成された開口７３０Ａを通過する。光はさらに主ミラー１９の基材および（反射防止（ＡＲ）コーティングされている場合がある）後面１９Ｂを通って、光７１６としてレンズ群３００Ｃに向かって伝搬する。

本設計によれば、中間像IIはミラーコーティング７３０および主ミラー１９の内側の前面１９Ａに大変近接しており、これにより、開口７３０Ａによって規定される光学的遮蔽を非常に小さくできる。開口数（ＮＡobj）が０．９の対物レンズに対して光学遮蔽の開
口数（ＮＡobsc）が０．０５に等しいかまたは通常はより小さい。

前面ミラーとして提案した設計による反射屈折群の主ミラーを構成することによって、関連技術の既存の解決策と比較して有利で関連技術では常時直面する主ミラーの複雑な製造の問題が解決される。本設計の主ミラーは、孔を有する凹状前面ミラーよりも、また（ミラー表面上の表面形状誤差、および反射光によって２回通過する屈折面全体に亘る表面形状誤差に対してより敏感である）凹状後面ミラーよりも、製造がより容易であるからである。事実、本発明の実施においては、主ミラーの前面透過面（すなわち、面１９Ａ）は、照射された対象物から反射された光が主ミラー１９の表面よりも大幅に小さい開口を通って一度だけ横切る。加えて関連技術と比較して全く有利な点は、関連技術の主ミラーの設計では主ミラーの後面１９Ｂの半径が関連技術には典型的であるほとんど同心的な条件を避けて自由に選択できることは提供できないからである。関連技術において広く認識されているほぼ同心または同心に近い主ミラーの面の取付のために正確に中心合わせをした縁を有して製造することは困難である。本設計の反射屈折群の主ミラーの裏（後）の非反射面それ自体は、一般に主ミラーの前の反射面と同心ではない。言い換えれば、通常、主ミラーの後面および前面は共通の曲率中心を有していない。

図示するように、本発明の実施形態はまた、顕微鏡対物系を用いて像を形成する方法を提供する。図１０のフローチャート１００００に概略的に示すように、この方法は前記対物系の平行平面ミラーの表面に施された第１反射コーティング内の第１開口を介して試料からの第１の光を集光して第２の光を形成するステップ（ステップ１００５０）と、凹面鏡の前側反射面によって反射された放射を平行平面ミラーの第１基材を２度通ってから透過させるステップ（ステップ１０１００）とを含む。本方法はさらに、（前側反射面に直接的に隣接し、かつ凹面鏡の第２基材の外側に形成された）中間像からの光を前側反射面に施された第２反射コーティング内の第２開口を介して中継するステップ１０１５０を含む。

Claims (24)

1. 光軸を有する対物レンズであって、
   アフォーカル光学リレーユニットを形成する第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   反射屈折光学素子群と、を備え、
   前記反射屈折光学素子群は、
   前記光軸と同軸の開口を有した反射コーティングが施された凹状前面および前記第２レンズ群に対向する後面を備えた第１基材を有する主凹状前面ミラーと、
   第２基材を有し、前記凹状前面から離れて対向する後面および前記凹状前面に対向する前面を備えた二次後面ミラーと、によって形成される対物レンズ。
2. マンジャン素子を有していない請求項１に記載の対物レンズ。
3. 前記第１基材の表面と前記第２基材の表面の間に第３の基材を有していない請求項１または２に記載の対物レンズ。
4. 前記主凹状前面ミラーの前記後面および前記凹状前面は互いに同軸ではない請求項１〜３のいずれかに記載の対物レンズ。
5. 前記二次後面ミラーの前記後面は光軸に垂直である請求項１〜４のいずれかに記載の対物レンズ。
6. 前記第２レンズ群は互いに直接的に隣接する第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズを有し、前記第１メニスカスレンズの凹面と前記第２メニスカスレンズの凹面とは互いに対向している請求項１〜５のいずれかに記載の対物レンズ。
7. 光軸を有する対物系を用いて試料を光学的に結像する方法であって、
   前記対物系の平行平面ミラーの第１面に施された第１反射コーティングの第１開口を介して、前記試料からの第１の光を集光して第２の光を形成するステップと、
   凹面鏡の前面に施された第２反射コーティングから反射されて前記平行平面ミラーの基材を２度横切った前記第２の光を、前記第２反射コーティング内の第２開口を介して透過させるステップと、を有し、
   前記第１面は前記対象物（object）に直接的に隣接しており、
   前記第１開口および前記第２開口は前記光軸に対して同軸であり、
   前記凹面鏡はその基材内に貫通開口を有さない方法。
8. 前記透過させるステップは、前記凹面鏡の前記基材を前記第２の光が１度だけ横切るステップを含む請求項７に記載の方法。
9. 前記平行平面ミラーの基材の内側から前記第１反射コーティングによって前記第２の光を反射させるステップをさらに有する請求項７または８に記載の方法。
10. 前記透過させるステップは前記凹面鏡の後面を介して前記第２の光を透過させるステップを含み、前記前面は第１曲率中心を有し、前記後面は第２曲率中心を有し、前記第１曲率中心および前記第２曲率中心は互いに異なる請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記透過させるステップは、前記凹面鏡の後面を介して前記第２の光を透過させるステップを含み、前記後面は反射防止コーティングを施している請求項７〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記方法は、前記対物系を介して１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光を２度透過させるステップをさらに有し、前記対物系は、０．１７以下の相対光学視野高で前記光に対するシュトレール比が０．７８を超える値を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記光学的に結像する方法は、１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光において、任意の相対光学視野高で軸上球面収差の絶対値が約８×１０^-4ｍｍを超えない値を有する対物系を介して前記試料を光学的に結像するステップを含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記光学的に結像する方法は、１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光において、０．１５以下の相対光学視野高に対して０．０００５ｍｍを超えない残留絶対非点収差値を有する対物系を介して前記試料を光学的に結像するステップを含む請求項１２に記載の方法。
15. 前記光学的に結像する方法は、１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光において、０．１５以下の相対光学視野高に対して０．０１２％を超えない残留歪曲を有する対物系を介して前記試料を光学的に結像するステップを含む請求項１２に記載の方法。
16. 前記光学的に結像する方法は、１９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の任意の波長の光において、０．１７以下の相対光学視野高に対して、波面収差の残留二乗平均平方根の値が波数０．０７８２を超えないように形成する対物系を介して試料を光学的に結像するステップを含む請求項１２に記載の方法。
17. 前記光学的に結像する方法は、光軸に沿って進む光に対して波面収差の残留二乗平均平方根の値が波数０．０５９８を超えない値を有する対物系を介して光学的に結像するステップを含む請求項１２〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 顕微鏡対物系を用いて像を形成する方法であって、
    前記対物系の平行平面ミラーの表面に施された第１反射コーティング内の第１開口を介して放射を受け取るステップと、
    凹面鏡の前側反射面によって反射された前記放射を前記平行平面ミラーの第１基材を２度介して透過させるステップと、
    前記前側反射面に直接的に隣接し、かつ前記凹面鏡の第２基材の外側に、前記放射によって形成された中間像からの光を前記前側反射面に施された第２反射コーティング内の第２開口を介して中継するステップと、を有する方法。
19. 前記中継するステップは、貫通開口を有しない前記第２基材を介して前記光を中継するステップを含む請求項１８に記載の方法。
20. 光軸を有する対物系であって、
    正の屈折力を有するレンズ群と、
    反射屈折群と、を備え、
    前記反射屈折群は、
    前記光軸と同軸の開口を有した反射コーティングが施された凹状前面および前記レンズ群に対向する後面を備えた第１基材を有する主凹状前面ミラーと、
    第２基材を有し、前記凹状前面から離れて対向する後面および前記凹状前面に対向する前面を備えた二次後面ミラーと、を有し
    前記レンズ群の焦点は前記主凹状前面ミラーと前記二次後面ミラーとの間に位置してお
    り、
    前記対物系の幾何学的形状は、１＜Ｌ／Ｄ＜２．２の条件を満足する対物系。
    但し、Ｌは前記主凹状前面ミラーの後面と約５００ナノメートルの波長での焦点位置との間の距離であり、Ｄは前記主凹状前面ミラーの中心厚である。
21. 前記対物系はアフォーカル光学リレーユニットを有し、Ｆａ／ＴＬ＞３の条件を満足する請求項２０に記載の対物系。
    但し、Ｆａは前記波長での前記アフォーカル光学リレーユニットの焦点距離であり、ＴＬは対物レンズの入射瞳から対物レンズの像面までの光軸に沿って測定した対物系の全長である。
22. 前記アフォーカル光学リレーユニットは、
    ａ）前記波長で焦点距離Ｆａ＿ｆを有する前方光学ユニットと、
    ｂ）前記波長で焦点距離Ｆａ＿ｒを有する後方光学ユニットと、を備え、
    １．４＜Ｆａ＿ｒ／Ｆａ＿ｆ＜２の条件を満足するように構成されている請求項２１に記載の対物系。
23. 前記対物系は、前記アフォーカル光学リレーユニットと前記主凹状前面ミラーとの間に配置されて前記波長でＥｆの焦点距離を有する正レンズユニットをさらに有し、
    前記反射屈折群は前記波長でＦｃの焦点距離を有し、
    １．６＜Ｆｃ／Ｆｆ＜２．４の条件を満足するように構成された請求項２０〜２２のいずれかに記載の対物系。
24. 前記主凹状前面ミラーの前記後面は曲率半径Ｒ１を有し、前記主凹状前面ミラーの前記凹状の前面は曲率半径Ｒ２を有し、前記主凹状前面ミラーの前記後面と前記主凹状前面ミラーの前記凹状の前面とは互いに同心ではなく、以下の条件を満足する請求項２０に記載の対物系。
    ｜（２×Ｒ１×Ｒ２）／｛Ｄｉａ×（Ｒ１−Ｒ２−Ｄ）｝｜＜２０
    但し、Ｄは前記主凹状前面ミラーの中心厚さであり、Ｄｉａは前記主凹状前面ミラーの直径である。

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