レンズ、光学系、並びに光学装置
【課題】ＷＤの長い、あるいは非接触の観察光学系を提供すること。
【解決手段】負屈折率媒質３０１と対物レンズ３０６とを組み合わせて光学系を構成する。
【解決手段】負屈折率媒質３０１と対物レンズ３０６とを組み合わせて光学系を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、顕微鏡、リソグラフィー光学系、光ディスク光学系等の光学系並びに、それらを用いた光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、これらの光学系では、解像力を向上させるため、水浸あるいは油浸、あるいは固体浸などの方法により、物体側ＮＡを向上させることが提案されていた（以下の文献１を参照）。一方、通常のガラスレンズ等とは異なる屈折特性を示す物質（例えばフォトニック結晶など）に関して以下のような文献がある（非特許文献２，３及び特許文献１、２）。
【非特許文献１】光学系の仕組みと応用 Ｐ７３−７７、Ｐ１６６−１７０ オプトロニクス社 ２００３年１１月１９日刊
【非特許文献２】J.B.Pendry Phys. Rev.Lett., Vol85, 18(2000) 3966-3969
【非特許文献３】M. Notomi Phy.Rev.B.Vol62(2000) 10696
【特許文献１】US 2003/0227415 A1
【特許文献２】US 2002/0175693 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の方法では標本面あるいは光ディスク面、ウェハ面と、レンズ又は水、油、フォトマスクとが接触している、あるいは３０ナノメートル程度の間隔しか離れていない等、作動距離（以下ＷＤと称する）が短かすぎるため、標本やレンズ等に損傷を与えるなど実用上の問題があった。
【０００４】
この点に鑑みるに、本発明は、ＷＤの長いあるいは非接触の、例えば観察光学系、結像光学系、投影光学系等、各種光学系並びにそれらを用いた光学装置等を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、レンズであって、負屈折を示す媒質で形成されている。
【０００６】
また、本発明の第２の態様は、光学系であって、負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有する。
【０００７】
また、本発明の第３の態様は、光学系であって、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有する。
【０００８】
また、本発明の第４の態様は、光学系であって、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置する。
【０００９】
また、本発明の第５の態様は、光源と微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、十分な光学性能を得ながらＷＤの長いあるいは非接触の各種光学系、光学装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例である。光源３０３（例えばレーザー光源、水銀ランプ等）から出た光は照明レンズ３０４，半透鏡３０５を通り、対物レンズ３０６に入射する。対物レンズ３０６のＮＡは例えば１を越えており、エバネッセント波を励起できる。対物レンズ３０６には、正の屈折率を有する媒質で形成された光学素子、例えばガラスからなるレンズ３０６−１，３０６−２が含まれている。
【００１２】
図２は、図１の対物レンズ３０６近傍の拡大図を示している。ここでは、対物レンズ３０６の最も物体側の面を３１１とする。対物レンズ３０６の中間結像点をＦＦで表した。面３１１と中間結像点ＦＦの距離をｇとする。
【００１３】
中間結像点ＦＦからｄだけ離れた位置には例えば平行平板状の負屈折率媒質３０１が配置されている。ｄは中間結像点ＦＦと負屈折率媒質３１０との距離を表す。ｄの値は例えば５０μｍである。３１２は負屈折率媒質３０１の物体側の面である。
【００１４】
物体３０７で散乱された光は、負屈折率媒質３０１，対物レンズ３０６，半透鏡３０５，接眼レンズ３０８を通り、眼３０９、あるいはＴＶカメラ、冷却ＣＣＤカメラ等で観察することができる。以下、この様子を詳述する。
【００１５】
ここで、負屈折率媒質３０１の屈折率を−１、厚さをｔ（例えば、３００μｍ）とする。ＷＤは負屈折率媒質３０１と物体３０７あるいは後述する結像部材の距離である。ＷＤについては後に詳述する。
【００１６】
負屈折率媒質３０１の屈折率が−１であるため、物体３０７で散乱された光線は図２の矢印で示すように通常と異なる屈折をする（非特許文献２参照）。
【００１７】
入射角をｉ、出射角をｒとすれば
ｒ＝−ｉ …式（０−３）
である。負屈折率媒質３０１の屈折率をｎとすれば
ｓｉｎ ｒ＝（１／ｎ）ｓｉｎ ｉ …式（０−４）
である。
【００１８】
非特許文献２によれば
ｔ＝ＷＤ＋ｄ …式（１）
のとき、負屈折率媒質３０１は、物体３０７を中間結像点ＦＦに完全結像する。ここで言う完全結像とは、回折限界の影響を受けない、放射光も、エバネッセント波も含めた全ての電磁場としての光を結像することを指す。このためＦＦに物体があるのと等価となる。
【００１９】
ｇの値は、
０≦ｇ≦λ …式（０）
であり、中間結像点ＦＦは面３１１に非常に接近している。これはエバネッセント波を有効に利用するために望ましい条件である。実用的には
０≦ｇ≦１０λ …式（０−１）
でもよい場合がある。
【００２０】
なお、λは用いる光の波長であり、可視光の場合λは０．４μｍ〜０．７μｍである。
【００２１】
このようにして、ＮＡ＞１．０の、エバネッセント波を含む結像が可能となるのである。そして、高解像度の顕微鏡が実現できる。
【００２２】
なお、用途によっては、
０≦ｇ≦１０００λ …式（０−１−０）
でもよい。
【００２３】
仮にｄ＝５０μｍとすれば式（１）よりＷＤ＝２５０μｍとなり、ＷＤの長いことは従来にないメリットであり、ｇが０〜数十ｎｍであれば、結像性能は対物レンズ３０６を物体３０７に直接ほぼ密着させた固体浸レンズとほぼ同等である。
【００２４】
本発明の一実施形態は、負屈折率媒質で形成された光学素子（３０１等）と結像光学系（３０６等）とを組合せて配置したことがポイントである。この実施形態では負屈折率媒質３０１の像側に結像光学系を配置した構成となっている。
【００２５】
そして、負屈折率媒質３０１によって結像された物体像（中間結像）を対物レンズ３０６によって再結像していることが特徴である。中間結像は図２の例では実像であるが、光学系の用途によっては虚像でもよい。また、図２の例では、照明光と観察光とが逆方向に計２回、負屈折率媒質３０１を透過している特徴がある。
【００２６】
以上の説明では、ｇ≧０の場合について述べたが、
ｇ＜０ …式（０−５）
でもよい。なぜなら、ｄ＋ｇ＞０ …式（０−６）
であれば、光学素子同士がぶつかることなく結像関係を維持できるからである。ｇ＜０というのはＦＦがレンズ（例えば３０６−１）の中に入ることを意味する。ただし、ｇが小さくなりすぎると、完全結像の条件がくずれてくるので、
−ｔ＜ｇ＜０ …式（０−７）
を満たすことが望ましい。用途によっては、
−３ｔ＜ｇ＜０ …式（０−８）
を満たせばよい。光学系によっては、
−１０ｔ＜ｇ＜０ …式（０−９）
を満たせばよい場合もある。
【００２７】
ｇの値を実長で示せば、−１００ｍｍ＜ｇ＜０ …式（０−１０）
とするのが良い。ｇの値が式０−１０の下限を下まわるとレンズの製作が困難になってくる。
【００２８】
−１０ｍｍ＜ｇ＜０ …式（０−１１）
とすればなお良い。
【００２９】
式（１）は厳密に守られなくてもよい。負屈折率媒質３０１による像位置は負屈折率媒質３０１の屈折率の製造誤差、面精度の誤差等で式（１）からずれる場合もあるからである。
【００３０】
０．８（ＷＤ＋ｄ）≦ｔ≦１．２（ＷＤ＋ｄ） …式（２）
であればよい。
【００３１】
製品によっては
０．５（ＷＤ＋ｄ）≦ｔ≦１．５（ＷＤ＋ｄ） …式（３）
で許容される場合もある。
【００３２】
以上説明した考え方は本願の他の実施形態にも同様に適用される。他の実施形態でも負屈折率媒質３０１の屈折率は例えば−１である。
【００３３】
図３は、本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた透過型の顕微鏡３１５を示している。図３では照明光学系３１６と対物レンズ３０６の近傍のみを拡大して図示してある。
【００３４】
光源３０３の光はプリズム３１７に入り、全反射をする角度でプリズム３１７の標本３１４側の面３１８に入射する。標本３１４はこのためエバネッセント波で照明されることになる。標本３１４からの散乱光は負屈折率媒質３０１で屈折され、中間結像点ＦＦ近傍に完全結像される。そして、対物レンズ３０６により再結像されて観察される。
【００３５】
式（０）、（０−１）、（０−３）、…、（０−１１）、（１）、（２）、（３）はこの例でも同様にあてはまる。
【００３６】
図３及び後述の図４、図５では、ｄの値はＷＤに比べて充分小さく、かつｇの値も０に近い場合を描いてある。図１，３の光学系は、走査型の顕微鏡にも応用できる。
【００３７】
図４は光ディスクの光学系３２０の実施形態である。光源３２１としての半導体レーザから出た光は半透鏡３０５，対物レンズ３２２，負屈折率媒質３０１を通って光ディスク３２３に結像し、書き込みが行なわれる。対物レンズ３２２のＮＡは１を越えており、対物レンズ３２２に非接触で微小スポット光によりエバネッセント光を含めてより高密度の書き込みができる。
【００３８】
負屈折率媒質３０１の結像関係は図２の実施形態で矢印の逆の方向に光を進めたと考えればよい。光ディスク３２３からの信号の読み出しの場合には、光源３２１から出た光は光ディスク３２３で散乱、負屈折率媒質３０１，対物レンズ３２２，半透鏡３０５へと進み、フォトディテクタ３２４に入る。非接触で高ＮＡでの読み出しが行なえる。
【００３９】
なお、書き込み時の構成で図５に示すように光源３２１と対物レンズ３２２の間にフォトマスク３２５を配置し、光ディスク３２３をシリコンウエハー３２６で置き換え、フォトマスク３２５とシリコンウエハー３２６を光学的に共役にすればＬＳＩ製造用の投影露光装置（ステッパー等）ができる。ＮＡが１を越え、エバネッセント波を用いることができるので高解像度で、かつ非接触で露光ができ都合がよい。
【００４０】
図４、図５の実施形態でも式（０）、（０−１）、（０−３）、…（０−１１）、（１）、（２）、（３）は成り立つ。
【００４１】
図６は、従来提案されている密着型のリソグラフィーを示す図である。線幅２０ｎｍ程度の透明なポリマーフォトマスク３３０に上方から照明光が当てられると、凸部３３１の下方にエバネッセント波が発生し、シリコンウエハー３２６上のフォトレジストを感光させる。そしてＬＳＩの製造が行なわれる。ポリマーフォトマスク３３０は微細構造を有する部材である。しかし、ポリマーフォトマスク３３０とシリコンウエハー３２６は密着させねばならず、使用時にポリマーフォトマスク３３０の寿命が短かい、ポリマーフォトマスク３３０がこわれやすい等の問題があった。この問題はポリマーフォトマスクの代わりにクロムフォトマスクを用いても生じていた。
【００４２】
そこでこの点に鑑みるに本発明によれば負屈折率媒質３０１を用いることにより非接触で高解像度のリソグラフィーを実現できる。
【００４３】
図７は、その説明図であり、シリコンウエハー３２６とポリマーフォトマスク３３０の間に、ポリマーフォトマスク３３０に密着、あるいはごく接近させて負屈折率媒質３０１の平行平板を配置したものである。
【００４４】
このようにすればポリマーフォトマスク３３０の凸部３３１の下方に発生したエバネッセント波は負屈折率媒質３０１で完全結像され、シリコンウエハー３２６上に像を作る。結像倍率は１倍である。このようにしてＷＤの大きい、高解像度のリソグラフィーが実現できる。
【００４５】
凸部３３１と負屈折率媒質３０１の距離をｄとすれば式（１）〜（３）を満たす。
【００４６】
対物レンズ３０６，対物レンズ３２２，投影レンズ３２８についてであるが、これらの光学系の物体側又は光ディスク側又はシリコンウエハー３２６側のＮＡは１．０以上であることが望ましいが、１．０未満でも良い。例えば０．２以上、あるいはそれ以下でも良い。なぜなら負屈折率媒質３０１によってＷＤを伸す効果はあるからである。
【００４７】
なお、負屈折率媒質３０１の形状についてであるが、図１，図２，図３，図４，図５の実施形態において、負屈折率媒質３０１の形状は平行平板でなくても良い。
【００４８】
負屈折率媒質として、図８に示すように、負屈折率媒質で形成され、物体側に凹面を有するレンズ３０１−２を用いても良い。ＷＤを伸ばす効果に加えて収差補正の効果等が得られる。図８において負屈折率媒質でできたレンズ３０１−２は片側が平面で、もう一方の面が凹の曲面であるが、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、メニスカス凸レンズ、メニスカス凹レンズ等の形状でも良い。
【００４９】
負屈折率媒質でできたレンズ３０１−２の曲面の形状は、球面でも、非球面でも、自由曲面でも回転非対称面、拡張曲面等でも良い。
【００５０】
以下、本発明に共通して言える内容を述べる。負屈折率媒質３０１の具体的な物質としてはフォトニック結晶が挙げられる。図９は、フォトニック結晶３４０の第１の具体例を示し、図１０は、フォトニック結晶３４０の第２の具体例を示している。図９，図１０に示すように、フォトニック結晶３４０はλ〜数分の１λ程度の周期的な構造を持つ物質で、リソグラフィー等によって作られる。材質はＳｉＯ2 ，アクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂などの誘電体、ＧａＡｓ等である。ここでλは使用する光の波長である。図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向の繰返しの周期Ｓｘ ，Ｓｙ ，Ｓｚ の値がλ〜数分の１λ程度の値を持つ。フォトニック結晶のバンド端近傍で負屈折率を実現することができることが知られている（非特許文献３を参照のこと）。図のｚ方向を光学系の光軸とするのが良い。
【００５１】
Ｓx ，Ｓy ，Ｓz は次式のいずれかを満すことが望ましい。
【００５２】
λ／１０＜Ｓx ＜λ …式（５−１）
λ／１０＜Ｓy ＜λ …式（５−２）
λ／１０＜Ｓz ＜λ …式（５−３）
Ｓx ，Ｓy ，Ｓz の値が上限を越えても下限を下回ってもフォトニック結晶として機能しなくなる。
【００５３】
用途によっては、
λ／３０＜Ｓx ＜４λ …式（５−４）
λ／３０＜Ｓy ＜４λ …式（５−５）
λ／３０＜Ｓz ＜４λ …式（５−６）
のいずれかを満せばよい。
【００５４】
負屈折率媒質についてであるが、媒質の誘電率εが−１で、かつ、媒質の透磁率μが−１のとき、媒質の屈折率が−１になることが知られている。
【００５５】
また、負屈折率媒質としては、負屈折を示す物質、近似的に負の屈折を示す物質、例えば銀、金、銅等の薄膜、特定の偏光方向について負屈折率、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜等を用いてもよい。
【００５６】
また、負屈折率媒質のことを左手系材料（Left handed material）と呼ぶこともある。本願ではこれら負屈折率媒質、左手系材料、近似的に負の屈折を示す物質、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜等をすべて含めて負屈折を示す媒質と呼ぶことにする。完全結像を示す物質も負屈折を示す媒質に含まれる。また、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜の場合、
−１．２＜ε＜−０．８ …式５−７
を充たすとよい。用途によっては、
−１．６＜ε＜−０．５ …式５−８
でもよい。
【００５７】
用いる光の波長としては主に単色光を用いた例を実施形態で述べたが、これに限らず連続スペクトルの光源、白色光源、複数の単色光の和、スーパールミッセントダイオード等の低コヒーレンス光源等を用いてもかまわない。
【００５８】
波長としては空気中でも伝送可能なこと、光源が入手しやすいことから等から、０．１μｍ〜３μｍを用いるのがよい。可視波長ならばさらに利用しやすいので良い。
【００５９】
以下にＷＤについて詳述する。
【００６０】
ＷＤの値は
１００ｎｍ≦ＷＤ≦２０ｍｍ …式（７）
とするのが良い。
【００６１】
式（７）の下限を下回ると作動距離が小さくなりすぎ、扱いにくい。式（７）の上限を上回ると負屈折率媒質が大きくなりすぎ、コスト、加工上、不利である。また光学装置としての寸法が大きくなりすぎる点も問題となってくる。
【００６２】
製品によっては
２０ｎｍ≦ＷＤ≦２００ｍｍ …式（８）
でも許容できる。
【００６３】
また
ＷＤ＞ｄ …式（８−１）
を満すことが望ましい。
【００６４】
ｔの値が同じなら式（１）により、ｄの値は小さいほどＷＤを大きくできるからである。
【００６５】
ＷＤ＞０．１ｄ …式（８−２）
でも製品によっては許容できる。
【００６６】
ｄの値を小さくすることで、３０６，３２２，３２８等のレンズの大きさを小さくすることもできるので良い。
【００６７】
また、ｄの値は解像度を良くするためには、
ｄ≧０ …式（８−２−１）
を満たすことが望ましいが、用途によっては、
ｄ＜０ …式（８−２−２）
でもよい。
【００６８】
また、ＷＤの値は、光学装置の機械的構造を工夫すること等で、可変できるようにしておくことが望ましい。顕微鏡のステージ等はその一例である。
【００６９】
また、負屈折率媒質３０１とレンズの最も負屈折率媒質３０１寄りの面（図２で言えば面３１１）とが接着されていてもよい。あるいは、負屈折率媒質３０１をレンズ（図３で言えば３０６−１）を基板として形成しても良い。これらの場合、ｄの値は近似的に０、あるいは０となる。
【００７０】
あるいは、負屈折率媒質３０１を透明な平板上に形成し、この透明な平板が結像に用いるレンズの一部をなすように配置してもよい。配置する場所としては、結像レンズ系（図１で言えば対物レンズ３０６）の最前部（図１で言えばレンズ３０６−１の物体側）又は最後部（図５で言えば３２８のウエハー側）が良い。基板として用いるレンズ、あるいは平板は正の屈折率を有する材料で作れば低コストで製作できるので良い。以上のように、基板上に負屈折率媒質３０１を設ける場合でもＷＤ、ｄの値は負屈折率媒質３０１の表面から計るものとする。
【００７１】
また完全結像の条件、式（１）からのずれについてであるが、
ＷＤ＋ｄ−ｔ＝Δ …式（８−３）
とした時、｜Δ｜の値が大きいほど結像状態は悪くなる。
【００７２】
｜Δ｜＜λ …式（８−４）
であればある程度の結像状態の低下でおさえられる。
【００７３】
実用的には製品によっては
｜Δ｜＜１０λ …式（８−５）
まで許容できる。
【００７４】
また、負屈折率媒質３０１の屈折率をｎとすると、ｎ＜０である。これまで述べた実施形態ではｎ＝−１であった。負屈折率媒質３０１が平行平板の場合、理想的にはｎ＝−１である。しかし実際には負屈折率媒質３０１の製作誤差、使用波長のズレなどでｎ＝−１にできないこともあり、この時次式を満すことが望ましい。
【００７５】
−１．１＜ｎ＜−０．９ …式（９）
ｎの値が上記をはずれると、完全結像が成り立たなくなり、解像度が低下する。製品によっては
−１．５＜ｎ＜−０．５ …式（１０）
であれば良い。
【００７６】
ＷＤを大きく取るためだけなどの用途では
−３＜ｎ＜−０．２ …式（１１）
でも良い場合がある。
【００７７】
負屈折率媒質に最も近いレンズ（図１、４、５で言えばそれぞれ３０６−１、３２２−１、３２８−１）の屈折率をＮとすると、Ｎは大きいほど解像度が上がるので良い。
【００７８】
Ｎ≧１．３ 式（１２）
とすれば、広い用途に利用できる。
【００７９】
Ｎ≧１．７ 式（１３）
とすればなお良い。
【００８０】
最後に、本実施形態で用いられた技術用語の定義を述べておく。
【００８１】
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
【００８２】
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置、光情報処理装置、投影装置、投影露光装置、等が含まれる。
【００８３】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡、投影露光装置、ステッパー、アライナー、光プローブ型顕微鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【００８４】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。
【００８５】
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、人工視覚等がある。
【００８６】
ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、等は投影装置でもある。
【００８７】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【００８８】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置、光インターコネクション装置、光情報処理装置、光ＬＳＩ、光コンピュータ、ＰＤＡ等がある。
【００８９】
情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。
【００９０】
撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。
【００９１】
情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。
【００９２】
撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。撮像素子、ウエハー、光ディスク、銀塩フィルム、等は結像部材の例である。
【００９３】
拡張曲面の定義は以下の通りである。
【００９４】
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。
【００９５】
本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【００９６】
結像光学系とは、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、投影露光光学系、表示光学系、信号処理用光学系等を指す。
【００９７】
撮像光学系の例としてはデジタルカメラの撮像用レンズがある。
【００９８】
観察光学系の例としては顕微鏡光学系、望遠鏡光学系等がある。
【００９９】
投影光学系の例としてはビデオプロジェクターの光学系、リソグラフィー用の光学系、光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系等がある。
【０１００】
投影露光光学系の例としてはリソグラフィー用の光学系がある。
【０１０１】
表示光学系の例としてはビデオカメラのビューファインダーの光学系がある。
【０１０２】
信号処理光学系の例としては光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系がある。
【０１０３】
光学素子とはレンズ、非球面レンズ、鏡、ミラー、プリズム、自由曲面プリズム、回折光学素子（ＤＯＥ）、不均質レンズ等を指すものとする。平行平板も光学素子のひとつである。
【０１０４】
（付記）
上記した具体的な実施形態から以下の構成を有する発明を抽出することが可能である。
【０１０５】
１ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするレンズ。
【０１０６】
１−１ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする片側が平面のレンズ。
【０１０７】
１−２ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする両凹、または両凸のレンズ。
【０１０８】
１−３ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするメニスカスレンズ。
【０１０９】
１−４ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする非球面のレンズ。
【０１１０】
１−５ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする回転非対称面のレンズ。
【０１１１】
１−６ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする拡張曲面を有するレンズ。
【０１１２】
１−７ 屈折率が正の材料でできた光学素子を有し、前記光学素子を基板として前記光学素子上に形成された負屈折を示す媒質を有するレンズ。
【０１１３】
１−８ 屈折率が正の材料でできた光学素子を有し、前記光学素子を基板として前記光学素子上に形成された負屈折を示す媒質を有する光学素子。
【０１１４】
１−９ 透明な平板を有し、前記平板を基板として前記平板上に形成された負屈折を示す媒質を有する光学素子。
【０１１５】
１−１０ 屈折率が正の材料でできた透明な平板を有し、前記平板を基板として前記平板上に形成された負屈折を示す媒質を有する光学素子。
【０１１６】
２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする光学系。
【０１１７】
３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【０１１８】
３−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【０１１９】
４ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置したことを特徴とする光学系。
【０１２０】
４−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子による結像関係と、結像光学系による結像関係との両方を含むことを特徴とする光学系。
【０１２１】
４−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子により物体の像を結像し、その像を結像光学系により再結像することを特徴とする光学系。
【０１２２】
４−３ 結像光学系により物体の像を結像し、その像を負屈折を示す媒質で形成された光学素子により再結像することを特徴とする光学系。
【０１２３】
４−４ ２乃至４−３のいずれかにおいて、物体が２次元あるいは３次元の形状を有することを特徴とする。
【０１２４】
４−５ 前記負屈折を示す媒質を光が２回通過することを特徴とする２乃至４−４。
【０１２５】
４−６−１ 負屈折を示す物質で形成された光学素子を有する結像光学系。
【０１２６】
４−６−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有する結像光学系。
【０１２７】
４−６−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを示す結像光学系。
【０１２８】
４−７−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする撮像光学系。
【０１２９】
４−７−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする撮像光学系。
【０１３０】
４−７−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする撮像光学系。
【０１３１】
４−８−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする観察光学系。
【０１３２】
４−８−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする観察光学系。
【０１３３】
４−８−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする観察光学系。
【０１３４】
４−９−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする信号処理光学系。
【０１３５】
４−９−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする信号処理光学系。
【０１３６】
４−９−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする信号処理光学系。
【０１３７】
４−１０ 前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子が平行平板であることを特徴とする２乃至４−９−３。
【０１３８】
４−１１ ２乃至４−１０のいずれかにおいて、式（０−１）または式（０−５）を満たすことを特徴とする。
【０１３９】
４−１２ ２乃至４−１１のいずれかにおいて、式（３）を満たすことを特徴とする。
【０１４０】
但し ＷＤは、前記負屈折を示す媒質と物体または像面までの距離
ｄは、前記負屈折を示す媒質と光学系の中間結像点までの距離
ｔは、前記負屈折を示す媒質の厚さ
４−１３ ２乃至４−１２のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率がおよそ−１であることを特徴とする。
【０１４１】
４−１４ ２乃至４−１２のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率が式（１１）を満たすことを特徴とする。
【０１４２】
４−１５ ２乃至４−１４のいずれかにおいて、前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが０．２を超える値であることを特徴とする。
【０１４３】
４−１６ ２乃至４−１４のいずれかにおいて、前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが１．０未満であることを特徴とする。
【０１４４】
４−１７ ２乃至４−１４のいずれかにおいて、前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが１．０を超える値であることを特徴とする。
【０１４５】
４−１８ ２乃至４−１７のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質と物体または像との距離が式（８）を満たすことを特徴とする。
【０１４６】
４−１９ ２乃至４−１８のいずれかにおいて、式（８−２）を満たすことを特徴とする。
【０１４７】
４−２０ ２乃至４−１９のいずれかにおいて、式（８−５）を満たすことを特徴とする。
【０１４８】
４−２１ ２乃至４−２０のいずれかにおいて、負屈折を示す媒質で形成された光学素子の後方に結像光学系を配設したことを特徴とする。
【０１４９】
４−２２ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０１５０】
４−２３ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする顕微鏡。
【０１５１】
４−２４ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする落射型顕微鏡。
【０１５２】
４−２５ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする透過型顕微鏡。
【０１５３】
４−２６ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする観察装置。
【０１５４】
４−２７ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【０１５５】
４−２８ ２乃至４−２１のいずれかにおいて、負屈折を示す媒質で形成された光学素子の前方に結像光学系を配設したことを特徴とする。
【０１５６】
４−２９ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０１５７】
４−３０ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする光ディスク装置。
【０１５８】
４−３１ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする投影露光装置。
【０１５９】
４−３２ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする投影装置。
【０１６０】
４−３３ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする信号処理装置。
【０１６１】
４ー３４ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【０１６２】
４−３５ 上記２乃至４−２０の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０１６３】
５ 光源と微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする光学装置。
【０１６４】
５−１ 光源とフォトマスクと負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、ウエハーに露光を行うことを特徴とする露光装置。
【０１６５】
５−２ ５乃至５−１のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子が平行平板であることを特徴とする。
【０１６６】
５−３ 式（３）を満たすことを特徴とする５−２。
【０１６７】
但し ＷＤは、前記負屈折を示す媒質と像面またはウエハーまでの距離
ｄは、前記負屈折を示す媒質と微細構造を有する部材またはフォトマスク
の距離
ｔは、前記負屈折を示す媒質の厚さ、である。
【０１６８】
５−４ ５乃至５−３のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率がおよそ−１であることを特徴とする。
【０１６９】
５−５ ５乃至５−３のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率が式（１１）を満たすことを特徴とする。
【０１７０】
５−６ ５乃至５−５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質と像面との距離が式（８）を満たすことを特徴とする。
【０１７１】
５−７ ５乃至５−６のいずれかにおいて、式（８−２）を満たすことを特徴とする。
【０１７２】
５−８ ５乃至５−７のいずれかにおいて、式（８−５）を満たすことを特徴とする。
【０１７３】
５−９ １乃至５−８のいずれかにおいて、負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用いたことを特徴とする。
【０１７４】
５−１０ 式（５−４）または式（５−５）または式（５−６）を満たすことを特徴とする５−９。
【０１７５】
５−１１ １乃至５−１０のいずれかにおいて、使用する光が単色光であることを特徴とする。
【０１７６】
５−１２ １乃至５−９のいずれかにおいて、使用する光の波長が０．１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする。
【０１７７】
５−１３ １乃至５−１２のいずれかにおいて、光源を有することを特徴とする。
【０１７８】
５−１４ １乃至４−１５あるいは４−１７乃至５−１３のいずれかにおいて、エバネッセント波を結像に用いることを特徴とする。
【０１７９】
５−１５ ２乃至５−１４のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質と、物体あるいは結像部材までの距離が可変できることを特徴とする。
【０１８０】
５−１６ １乃至５−１５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質は、負屈折率媒質であることを特徴とする。
【０１８１】
５−１７ １乃至５−１５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質は完全結像を示す媒質であることを特徴とする。
【０１８２】
５−１８ ２乃至４−３５のいずれかにおいて、式（１２）を満たすもの。
【０１８３】
６ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする走査型顕微鏡。
【０１８４】
６−１ ２乃至４−３５のいずれかにおいて、負の屈折を示す媒質で形成された光学素子は前記１乃至１−１０のいずれかの構成を有する。
【０１８５】
６−２ 前記５乃至５−６のいずれかにおいて、負の屈折を示す媒質で形成された光学素子は前記１−８乃至１−１０のいずれかの構成を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の一実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例である。
【図２】図１の対物レンズ３０６近傍の拡大図を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた透過型の顕微鏡３１５を示す図である。
【図４】光ディスクの光学系３２０の実施形態である。
【図５】投影露光装置の光学系の実施形態である。
【図６】従来提案されている密着型のリソグラフィーを示す図である。
【図７】シリコンウエハー３２６とポリマーフォトマスク３３０の間に、ポリマーフォトマスク３３０に密着、あるいはごく接近させて負屈折率媒質３０１の平行平板を配置した図である。
【図８】負屈折率媒質でできたレンズ３０１−２を示す実施形態である。
【図９】フォトニック結晶３４０の一例を示す図である。
【図１０】フォトニック結晶３４０の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１８７】
３０１…負屈折率媒質、３０３…光源、３０４…照明レンズ、３０５…半透鏡、３０６…対物レンズ、３０６−１、３０６−２…レンズ、３０７…物体（標本）、３０８…接眼レンズ、３０９…眼、３４０…フォトニック結晶。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、顕微鏡、リソグラフィー光学系、光ディスク光学系等の光学系並びに、それらを用いた光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、これらの光学系では、解像力を向上させるため、水浸あるいは油浸、あるいは固体浸などの方法により、物体側ＮＡを向上させることが提案されていた（以下の文献１を参照）。一方、通常のガラスレンズ等とは異なる屈折特性を示す物質（例えばフォトニック結晶など）に関して以下のような文献がある（非特許文献２，３及び特許文献１、２）。
【非特許文献１】光学系の仕組みと応用 Ｐ７３−７７、Ｐ１６６−１７０ オプトロニクス社 ２００３年１１月１９日刊
【非特許文献２】J.B.Pendry Phys. Rev.Lett., Vol85, 18(2000) 3966-3969
【非特許文献３】M. Notomi Phy.Rev.B.Vol62(2000) 10696
【特許文献１】US 2003/0227415 A1
【特許文献２】US 2002/0175693 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の方法では標本面あるいは光ディスク面、ウェハ面と、レンズ又は水、油、フォトマスクとが接触している、あるいは３０ナノメートル程度の間隔しか離れていない等、作動距離（以下ＷＤと称する）が短かすぎるため、標本やレンズ等に損傷を与えるなど実用上の問題があった。
【０００４】
この点に鑑みるに、本発明は、ＷＤの長いあるいは非接触の、例えば観察光学系、結像光学系、投影光学系等、各種光学系並びにそれらを用いた光学装置等を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、レンズであって、負屈折を示す媒質で形成されている。
【０００６】
また、本発明の第２の態様は、光学系であって、負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有する。
【０００７】
また、本発明の第３の態様は、光学系であって、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有する。
【０００８】
また、本発明の第４の態様は、光学系であって、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置する。
【０００９】
また、本発明の第５の態様は、光源と微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、十分な光学性能を得ながらＷＤの長いあるいは非接触の各種光学系、光学装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例である。光源３０３（例えばレーザー光源、水銀ランプ等）から出た光は照明レンズ３０４，半透鏡３０５を通り、対物レンズ３０６に入射する。対物レンズ３０６のＮＡは例えば１を越えており、エバネッセント波を励起できる。対物レンズ３０６には、正の屈折率を有する媒質で形成された光学素子、例えばガラスからなるレンズ３０６−１，３０６−２が含まれている。
【００１２】
図２は、図１の対物レンズ３０６近傍の拡大図を示している。ここでは、対物レンズ３０６の最も物体側の面を３１１とする。対物レンズ３０６の中間結像点をＦＦで表した。面３１１と中間結像点ＦＦの距離をｇとする。
【００１３】
中間結像点ＦＦからｄだけ離れた位置には例えば平行平板状の負屈折率媒質３０１が配置されている。ｄは中間結像点ＦＦと負屈折率媒質３１０との距離を表す。ｄの値は例えば５０μｍである。３１２は負屈折率媒質３０１の物体側の面である。
【００１４】
物体３０７で散乱された光は、負屈折率媒質３０１，対物レンズ３０６，半透鏡３０５，接眼レンズ３０８を通り、眼３０９、あるいはＴＶカメラ、冷却ＣＣＤカメラ等で観察することができる。以下、この様子を詳述する。
【００１５】
ここで、負屈折率媒質３０１の屈折率を−１、厚さをｔ（例えば、３００μｍ）とする。ＷＤは負屈折率媒質３０１と物体３０７あるいは後述する結像部材の距離である。ＷＤについては後に詳述する。
【００１６】
負屈折率媒質３０１の屈折率が−１であるため、物体３０７で散乱された光線は図２の矢印で示すように通常と異なる屈折をする（非特許文献２参照）。
【００１７】
入射角をｉ、出射角をｒとすれば
ｒ＝−ｉ …式（０−３）
である。負屈折率媒質３０１の屈折率をｎとすれば
ｓｉｎ ｒ＝（１／ｎ）ｓｉｎ ｉ …式（０−４）
である。
【００１８】
非特許文献２によれば
ｔ＝ＷＤ＋ｄ …式（１）
のとき、負屈折率媒質３０１は、物体３０７を中間結像点ＦＦに完全結像する。ここで言う完全結像とは、回折限界の影響を受けない、放射光も、エバネッセント波も含めた全ての電磁場としての光を結像することを指す。このためＦＦに物体があるのと等価となる。
【００１９】
ｇの値は、
０≦ｇ≦λ …式（０）
であり、中間結像点ＦＦは面３１１に非常に接近している。これはエバネッセント波を有効に利用するために望ましい条件である。実用的には
０≦ｇ≦１０λ …式（０−１）
でもよい場合がある。
【００２０】
なお、λは用いる光の波長であり、可視光の場合λは０．４μｍ〜０．７μｍである。
【００２１】
このようにして、ＮＡ＞１．０の、エバネッセント波を含む結像が可能となるのである。そして、高解像度の顕微鏡が実現できる。
【００２２】
なお、用途によっては、
０≦ｇ≦１０００λ …式（０−１−０）
でもよい。
【００２３】
仮にｄ＝５０μｍとすれば式（１）よりＷＤ＝２５０μｍとなり、ＷＤの長いことは従来にないメリットであり、ｇが０〜数十ｎｍであれば、結像性能は対物レンズ３０６を物体３０７に直接ほぼ密着させた固体浸レンズとほぼ同等である。
【００２４】
本発明の一実施形態は、負屈折率媒質で形成された光学素子（３０１等）と結像光学系（３０６等）とを組合せて配置したことがポイントである。この実施形態では負屈折率媒質３０１の像側に結像光学系を配置した構成となっている。
【００２５】
そして、負屈折率媒質３０１によって結像された物体像（中間結像）を対物レンズ３０６によって再結像していることが特徴である。中間結像は図２の例では実像であるが、光学系の用途によっては虚像でもよい。また、図２の例では、照明光と観察光とが逆方向に計２回、負屈折率媒質３０１を透過している特徴がある。
【００２６】
以上の説明では、ｇ≧０の場合について述べたが、
ｇ＜０ …式（０−５）
でもよい。なぜなら、ｄ＋ｇ＞０ …式（０−６）
であれば、光学素子同士がぶつかることなく結像関係を維持できるからである。ｇ＜０というのはＦＦがレンズ（例えば３０６−１）の中に入ることを意味する。ただし、ｇが小さくなりすぎると、完全結像の条件がくずれてくるので、
−ｔ＜ｇ＜０ …式（０−７）
を満たすことが望ましい。用途によっては、
−３ｔ＜ｇ＜０ …式（０−８）
を満たせばよい。光学系によっては、
−１０ｔ＜ｇ＜０ …式（０−９）
を満たせばよい場合もある。
【００２７】
ｇの値を実長で示せば、−１００ｍｍ＜ｇ＜０ …式（０−１０）
とするのが良い。ｇの値が式０−１０の下限を下まわるとレンズの製作が困難になってくる。
【００２８】
−１０ｍｍ＜ｇ＜０ …式（０−１１）
とすればなお良い。
【００２９】
式（１）は厳密に守られなくてもよい。負屈折率媒質３０１による像位置は負屈折率媒質３０１の屈折率の製造誤差、面精度の誤差等で式（１）からずれる場合もあるからである。
【００３０】
０．８（ＷＤ＋ｄ）≦ｔ≦１．２（ＷＤ＋ｄ） …式（２）
であればよい。
【００３１】
製品によっては
０．５（ＷＤ＋ｄ）≦ｔ≦１．５（ＷＤ＋ｄ） …式（３）
で許容される場合もある。
【００３２】
以上説明した考え方は本願の他の実施形態にも同様に適用される。他の実施形態でも負屈折率媒質３０１の屈折率は例えば−１である。
【００３３】
図３は、本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた透過型の顕微鏡３１５を示している。図３では照明光学系３１６と対物レンズ３０６の近傍のみを拡大して図示してある。
【００３４】
光源３０３の光はプリズム３１７に入り、全反射をする角度でプリズム３１７の標本３１４側の面３１８に入射する。標本３１４はこのためエバネッセント波で照明されることになる。標本３１４からの散乱光は負屈折率媒質３０１で屈折され、中間結像点ＦＦ近傍に完全結像される。そして、対物レンズ３０６により再結像されて観察される。
【００３５】
式（０）、（０−１）、（０−３）、…、（０−１１）、（１）、（２）、（３）はこの例でも同様にあてはまる。
【００３６】
図３及び後述の図４、図５では、ｄの値はＷＤに比べて充分小さく、かつｇの値も０に近い場合を描いてある。図１，３の光学系は、走査型の顕微鏡にも応用できる。
【００３７】
図４は光ディスクの光学系３２０の実施形態である。光源３２１としての半導体レーザから出た光は半透鏡３０５，対物レンズ３２２，負屈折率媒質３０１を通って光ディスク３２３に結像し、書き込みが行なわれる。対物レンズ３２２のＮＡは１を越えており、対物レンズ３２２に非接触で微小スポット光によりエバネッセント光を含めてより高密度の書き込みができる。
【００３８】
負屈折率媒質３０１の結像関係は図２の実施形態で矢印の逆の方向に光を進めたと考えればよい。光ディスク３２３からの信号の読み出しの場合には、光源３２１から出た光は光ディスク３２３で散乱、負屈折率媒質３０１，対物レンズ３２２，半透鏡３０５へと進み、フォトディテクタ３２４に入る。非接触で高ＮＡでの読み出しが行なえる。
【００３９】
なお、書き込み時の構成で図５に示すように光源３２１と対物レンズ３２２の間にフォトマスク３２５を配置し、光ディスク３２３をシリコンウエハー３２６で置き換え、フォトマスク３２５とシリコンウエハー３２６を光学的に共役にすればＬＳＩ製造用の投影露光装置（ステッパー等）ができる。ＮＡが１を越え、エバネッセント波を用いることができるので高解像度で、かつ非接触で露光ができ都合がよい。
【００４０】
図４、図５の実施形態でも式（０）、（０−１）、（０−３）、…（０−１１）、（１）、（２）、（３）は成り立つ。
【００４１】
図６は、従来提案されている密着型のリソグラフィーを示す図である。線幅２０ｎｍ程度の透明なポリマーフォトマスク３３０に上方から照明光が当てられると、凸部３３１の下方にエバネッセント波が発生し、シリコンウエハー３２６上のフォトレジストを感光させる。そしてＬＳＩの製造が行なわれる。ポリマーフォトマスク３３０は微細構造を有する部材である。しかし、ポリマーフォトマスク３３０とシリコンウエハー３２６は密着させねばならず、使用時にポリマーフォトマスク３３０の寿命が短かい、ポリマーフォトマスク３３０がこわれやすい等の問題があった。この問題はポリマーフォトマスクの代わりにクロムフォトマスクを用いても生じていた。
【００４２】
そこでこの点に鑑みるに本発明によれば負屈折率媒質３０１を用いることにより非接触で高解像度のリソグラフィーを実現できる。
【００４３】
図７は、その説明図であり、シリコンウエハー３２６とポリマーフォトマスク３３０の間に、ポリマーフォトマスク３３０に密着、あるいはごく接近させて負屈折率媒質３０１の平行平板を配置したものである。
【００４４】
このようにすればポリマーフォトマスク３３０の凸部３３１の下方に発生したエバネッセント波は負屈折率媒質３０１で完全結像され、シリコンウエハー３２６上に像を作る。結像倍率は１倍である。このようにしてＷＤの大きい、高解像度のリソグラフィーが実現できる。
【００４５】
凸部３３１と負屈折率媒質３０１の距離をｄとすれば式（１）〜（３）を満たす。
【００４６】
対物レンズ３０６，対物レンズ３２２，投影レンズ３２８についてであるが、これらの光学系の物体側又は光ディスク側又はシリコンウエハー３２６側のＮＡは１．０以上であることが望ましいが、１．０未満でも良い。例えば０．２以上、あるいはそれ以下でも良い。なぜなら負屈折率媒質３０１によってＷＤを伸す効果はあるからである。
【００４７】
なお、負屈折率媒質３０１の形状についてであるが、図１，図２，図３，図４，図５の実施形態において、負屈折率媒質３０１の形状は平行平板でなくても良い。
【００４８】
負屈折率媒質として、図８に示すように、負屈折率媒質で形成され、物体側に凹面を有するレンズ３０１−２を用いても良い。ＷＤを伸ばす効果に加えて収差補正の効果等が得られる。図８において負屈折率媒質でできたレンズ３０１−２は片側が平面で、もう一方の面が凹の曲面であるが、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、メニスカス凸レンズ、メニスカス凹レンズ等の形状でも良い。
【００４９】
負屈折率媒質でできたレンズ３０１−２の曲面の形状は、球面でも、非球面でも、自由曲面でも回転非対称面、拡張曲面等でも良い。
【００５０】
以下、本発明に共通して言える内容を述べる。負屈折率媒質３０１の具体的な物質としてはフォトニック結晶が挙げられる。図９は、フォトニック結晶３４０の第１の具体例を示し、図１０は、フォトニック結晶３４０の第２の具体例を示している。図９，図１０に示すように、フォトニック結晶３４０はλ〜数分の１λ程度の周期的な構造を持つ物質で、リソグラフィー等によって作られる。材質はＳｉＯ2 ，アクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂などの誘電体、ＧａＡｓ等である。ここでλは使用する光の波長である。図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向の繰返しの周期Ｓｘ ，Ｓｙ ，Ｓｚ の値がλ〜数分の１λ程度の値を持つ。フォトニック結晶のバンド端近傍で負屈折率を実現することができることが知られている（非特許文献３を参照のこと）。図のｚ方向を光学系の光軸とするのが良い。
【００５１】
Ｓx ，Ｓy ，Ｓz は次式のいずれかを満すことが望ましい。
【００５２】
λ／１０＜Ｓx ＜λ …式（５−１）
λ／１０＜Ｓy ＜λ …式（５−２）
λ／１０＜Ｓz ＜λ …式（５−３）
Ｓx ，Ｓy ，Ｓz の値が上限を越えても下限を下回ってもフォトニック結晶として機能しなくなる。
【００５３】
用途によっては、
λ／３０＜Ｓx ＜４λ …式（５−４）
λ／３０＜Ｓy ＜４λ …式（５−５）
λ／３０＜Ｓz ＜４λ …式（５−６）
のいずれかを満せばよい。
【００５４】
負屈折率媒質についてであるが、媒質の誘電率εが−１で、かつ、媒質の透磁率μが−１のとき、媒質の屈折率が−１になることが知られている。
【００５５】
また、負屈折率媒質としては、負屈折を示す物質、近似的に負の屈折を示す物質、例えば銀、金、銅等の薄膜、特定の偏光方向について負屈折率、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜等を用いてもよい。
【００５６】
また、負屈折率媒質のことを左手系材料（Left handed material）と呼ぶこともある。本願ではこれら負屈折率媒質、左手系材料、近似的に負の屈折を示す物質、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜等をすべて含めて負屈折を示す媒質と呼ぶことにする。完全結像を示す物質も負屈折を示す媒質に含まれる。また、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜の場合、
−１．２＜ε＜−０．８ …式５−７
を充たすとよい。用途によっては、
−１．６＜ε＜−０．５ …式５−８
でもよい。
【００５７】
用いる光の波長としては主に単色光を用いた例を実施形態で述べたが、これに限らず連続スペクトルの光源、白色光源、複数の単色光の和、スーパールミッセントダイオード等の低コヒーレンス光源等を用いてもかまわない。
【００５８】
波長としては空気中でも伝送可能なこと、光源が入手しやすいことから等から、０．１μｍ〜３μｍを用いるのがよい。可視波長ならばさらに利用しやすいので良い。
【００５９】
以下にＷＤについて詳述する。
【００６０】
ＷＤの値は
１００ｎｍ≦ＷＤ≦２０ｍｍ …式（７）
とするのが良い。
【００６１】
式（７）の下限を下回ると作動距離が小さくなりすぎ、扱いにくい。式（７）の上限を上回ると負屈折率媒質が大きくなりすぎ、コスト、加工上、不利である。また光学装置としての寸法が大きくなりすぎる点も問題となってくる。
【００６２】
製品によっては
２０ｎｍ≦ＷＤ≦２００ｍｍ …式（８）
でも許容できる。
【００６３】
また
ＷＤ＞ｄ …式（８−１）
を満すことが望ましい。
【００６４】
ｔの値が同じなら式（１）により、ｄの値は小さいほどＷＤを大きくできるからである。
【００６５】
ＷＤ＞０．１ｄ …式（８−２）
でも製品によっては許容できる。
【００６６】
ｄの値を小さくすることで、３０６，３２２，３２８等のレンズの大きさを小さくすることもできるので良い。
【００６７】
また、ｄの値は解像度を良くするためには、
ｄ≧０ …式（８−２−１）
を満たすことが望ましいが、用途によっては、
ｄ＜０ …式（８−２−２）
でもよい。
【００６８】
また、ＷＤの値は、光学装置の機械的構造を工夫すること等で、可変できるようにしておくことが望ましい。顕微鏡のステージ等はその一例である。
【００６９】
また、負屈折率媒質３０１とレンズの最も負屈折率媒質３０１寄りの面（図２で言えば面３１１）とが接着されていてもよい。あるいは、負屈折率媒質３０１をレンズ（図３で言えば３０６−１）を基板として形成しても良い。これらの場合、ｄの値は近似的に０、あるいは０となる。
【００７０】
あるいは、負屈折率媒質３０１を透明な平板上に形成し、この透明な平板が結像に用いるレンズの一部をなすように配置してもよい。配置する場所としては、結像レンズ系（図１で言えば対物レンズ３０６）の最前部（図１で言えばレンズ３０６−１の物体側）又は最後部（図５で言えば３２８のウエハー側）が良い。基板として用いるレンズ、あるいは平板は正の屈折率を有する材料で作れば低コストで製作できるので良い。以上のように、基板上に負屈折率媒質３０１を設ける場合でもＷＤ、ｄの値は負屈折率媒質３０１の表面から計るものとする。
【００７１】
また完全結像の条件、式（１）からのずれについてであるが、
ＷＤ＋ｄ−ｔ＝Δ …式（８−３）
とした時、｜Δ｜の値が大きいほど結像状態は悪くなる。
【００７２】
｜Δ｜＜λ …式（８−４）
であればある程度の結像状態の低下でおさえられる。
【００７３】
実用的には製品によっては
｜Δ｜＜１０λ …式（８−５）
まで許容できる。
【００７４】
また、負屈折率媒質３０１の屈折率をｎとすると、ｎ＜０である。これまで述べた実施形態ではｎ＝−１であった。負屈折率媒質３０１が平行平板の場合、理想的にはｎ＝−１である。しかし実際には負屈折率媒質３０１の製作誤差、使用波長のズレなどでｎ＝−１にできないこともあり、この時次式を満すことが望ましい。
【００７５】
−１．１＜ｎ＜−０．９ …式（９）
ｎの値が上記をはずれると、完全結像が成り立たなくなり、解像度が低下する。製品によっては
−１．５＜ｎ＜−０．５ …式（１０）
であれば良い。
【００７６】
ＷＤを大きく取るためだけなどの用途では
−３＜ｎ＜−０．２ …式（１１）
でも良い場合がある。
【００７７】
負屈折率媒質に最も近いレンズ（図１、４、５で言えばそれぞれ３０６−１、３２２−１、３２８−１）の屈折率をＮとすると、Ｎは大きいほど解像度が上がるので良い。
【００７８】
Ｎ≧１．３ 式（１２）
とすれば、広い用途に利用できる。
【００７９】
Ｎ≧１．７ 式（１３）
とすればなお良い。
【００８０】
最後に、本実施形態で用いられた技術用語の定義を述べておく。
【００８１】
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
【００８２】
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置、光情報処理装置、投影装置、投影露光装置、等が含まれる。
【００８３】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡、投影露光装置、ステッパー、アライナー、光プローブ型顕微鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【００８４】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。
【００８５】
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、人工視覚等がある。
【００８６】
ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、等は投影装置でもある。
【００８７】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【００８８】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置、光インターコネクション装置、光情報処理装置、光ＬＳＩ、光コンピュータ、ＰＤＡ等がある。
【００８９】
情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。
【００９０】
撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。
【００９１】
情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。
【００９２】
撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。撮像素子、ウエハー、光ディスク、銀塩フィルム、等は結像部材の例である。
【００９３】
拡張曲面の定義は以下の通りである。
【００９４】
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。
【００９５】
本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【００９６】
結像光学系とは、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、投影露光光学系、表示光学系、信号処理用光学系等を指す。
【００９７】
撮像光学系の例としてはデジタルカメラの撮像用レンズがある。
【００９８】
観察光学系の例としては顕微鏡光学系、望遠鏡光学系等がある。
【００９９】
投影光学系の例としてはビデオプロジェクターの光学系、リソグラフィー用の光学系、光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系等がある。
【０１００】
投影露光光学系の例としてはリソグラフィー用の光学系がある。
【０１０１】
表示光学系の例としてはビデオカメラのビューファインダーの光学系がある。
【０１０２】
信号処理光学系の例としては光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系がある。
【０１０３】
光学素子とはレンズ、非球面レンズ、鏡、ミラー、プリズム、自由曲面プリズム、回折光学素子（ＤＯＥ）、不均質レンズ等を指すものとする。平行平板も光学素子のひとつである。
【０１０４】
（付記）
上記した具体的な実施形態から以下の構成を有する発明を抽出することが可能である。
【０１０５】
１ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするレンズ。
【０１０６】
１−１ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする片側が平面のレンズ。
【０１０７】
１−２ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする両凹、または両凸のレンズ。
【０１０８】
１−３ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするメニスカスレンズ。
【０１０９】
１−４ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする非球面のレンズ。
【０１１０】
１−５ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする回転非対称面のレンズ。
【０１１１】
１−６ 負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする拡張曲面を有するレンズ。
【０１１２】
１−７ 屈折率が正の材料でできた光学素子を有し、前記光学素子を基板として前記光学素子上に形成された負屈折を示す媒質を有するレンズ。
【０１１３】
１−８ 屈折率が正の材料でできた光学素子を有し、前記光学素子を基板として前記光学素子上に形成された負屈折を示す媒質を有する光学素子。
【０１１４】
１−９ 透明な平板を有し、前記平板を基板として前記平板上に形成された負屈折を示す媒質を有する光学素子。
【０１１５】
１−１０ 屈折率が正の材料でできた透明な平板を有し、前記平板を基板として前記平板上に形成された負屈折を示す媒質を有する光学素子。
【０１１６】
２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする光学系。
【０１１７】
３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【０１１８】
３−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【０１１９】
４ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置したことを特徴とする光学系。
【０１２０】
４−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子による結像関係と、結像光学系による結像関係との両方を含むことを特徴とする光学系。
【０１２１】
４−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子により物体の像を結像し、その像を結像光学系により再結像することを特徴とする光学系。
【０１２２】
４−３ 結像光学系により物体の像を結像し、その像を負屈折を示す媒質で形成された光学素子により再結像することを特徴とする光学系。
【０１２３】
４−４ ２乃至４−３のいずれかにおいて、物体が２次元あるいは３次元の形状を有することを特徴とする。
【０１２４】
４−５ 前記負屈折を示す媒質を光が２回通過することを特徴とする２乃至４−４。
【０１２５】
４−６−１ 負屈折を示す物質で形成された光学素子を有する結像光学系。
【０１２６】
４−６−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有する結像光学系。
【０１２７】
４−６−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを示す結像光学系。
【０１２８】
４−７−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする撮像光学系。
【０１２９】
４−７−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする撮像光学系。
【０１３０】
４−７−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする撮像光学系。
【０１３１】
４−８−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする観察光学系。
【０１３２】
４−８−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする観察光学系。
【０１３３】
４−８−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする観察光学系。
【０１３４】
４−９−１ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする信号処理光学系。
【０１３５】
４−９−２ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする信号処理光学系。
【０１３６】
４−９−３ 負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする信号処理光学系。
【０１３７】
４−１０ 前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子が平行平板であることを特徴とする２乃至４−９−３。
【０１３８】
４−１１ ２乃至４−１０のいずれかにおいて、式（０−１）または式（０−５）を満たすことを特徴とする。
【０１３９】
４−１２ ２乃至４−１１のいずれかにおいて、式（３）を満たすことを特徴とする。
【０１４０】
但し ＷＤは、前記負屈折を示す媒質と物体または像面までの距離
ｄは、前記負屈折を示す媒質と光学系の中間結像点までの距離
ｔは、前記負屈折を示す媒質の厚さ
４−１３ ２乃至４−１２のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率がおよそ−１であることを特徴とする。
【０１４１】
４−１４ ２乃至４−１２のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率が式（１１）を満たすことを特徴とする。
【０１４２】
４−１５ ２乃至４−１４のいずれかにおいて、前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが０．２を超える値であることを特徴とする。
【０１４３】
４−１６ ２乃至４−１４のいずれかにおいて、前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが１．０未満であることを特徴とする。
【０１４４】
４−１７ ２乃至４−１４のいずれかにおいて、前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが１．０を超える値であることを特徴とする。
【０１４５】
４−１８ ２乃至４−１７のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質と物体または像との距離が式（８）を満たすことを特徴とする。
【０１４６】
４−１９ ２乃至４−１８のいずれかにおいて、式（８−２）を満たすことを特徴とする。
【０１４７】
４−２０ ２乃至４−１９のいずれかにおいて、式（８−５）を満たすことを特徴とする。
【０１４８】
４−２１ ２乃至４−２０のいずれかにおいて、負屈折を示す媒質で形成された光学素子の後方に結像光学系を配設したことを特徴とする。
【０１４９】
４−２２ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０１５０】
４−２３ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする顕微鏡。
【０１５１】
４−２４ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする落射型顕微鏡。
【０１５２】
４−２５ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする透過型顕微鏡。
【０１５３】
４−２６ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする観察装置。
【０１５４】
４−２７ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【０１５５】
４−２８ ２乃至４−２１のいずれかにおいて、負屈折を示す媒質で形成された光学素子の前方に結像光学系を配設したことを特徴とする。
【０１５６】
４−２９ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０１５７】
４−３０ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする光ディスク装置。
【０１５８】
４−３１ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする投影露光装置。
【０１５９】
４−３２ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする投影装置。
【０１６０】
４−３３ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする信号処理装置。
【０１６１】
４ー３４ 上記４−２８の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【０１６２】
４−３５ 上記２乃至４−２０の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０１６３】
５ 光源と微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする光学装置。
【０１６４】
５−１ 光源とフォトマスクと負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、ウエハーに露光を行うことを特徴とする露光装置。
【０１６５】
５−２ ５乃至５−１のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子が平行平板であることを特徴とする。
【０１６６】
５−３ 式（３）を満たすことを特徴とする５−２。
【０１６７】
但し ＷＤは、前記負屈折を示す媒質と像面またはウエハーまでの距離
ｄは、前記負屈折を示す媒質と微細構造を有する部材またはフォトマスク
の距離
ｔは、前記負屈折を示す媒質の厚さ、である。
【０１６８】
５−４ ５乃至５−３のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率がおよそ−１であることを特徴とする。
【０１６９】
５−５ ５乃至５−３のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率が式（１１）を満たすことを特徴とする。
【０１７０】
５−６ ５乃至５−５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質と像面との距離が式（８）を満たすことを特徴とする。
【０１７１】
５−７ ５乃至５−６のいずれかにおいて、式（８−２）を満たすことを特徴とする。
【０１７２】
５−８ ５乃至５−７のいずれかにおいて、式（８−５）を満たすことを特徴とする。
【０１７３】
５−９ １乃至５−８のいずれかにおいて、負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用いたことを特徴とする。
【０１７４】
５−１０ 式（５−４）または式（５−５）または式（５−６）を満たすことを特徴とする５−９。
【０１７５】
５−１１ １乃至５−１０のいずれかにおいて、使用する光が単色光であることを特徴とする。
【０１７６】
５−１２ １乃至５−９のいずれかにおいて、使用する光の波長が０．１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする。
【０１７７】
５−１３ １乃至５−１２のいずれかにおいて、光源を有することを特徴とする。
【０１７８】
５−１４ １乃至４−１５あるいは４−１７乃至５−１３のいずれかにおいて、エバネッセント波を結像に用いることを特徴とする。
【０１７９】
５−１５ ２乃至５−１４のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質と、物体あるいは結像部材までの距離が可変できることを特徴とする。
【０１８０】
５−１６ １乃至５−１５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質は、負屈折率媒質であることを特徴とする。
【０１８１】
５−１７ １乃至５−１５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質は完全結像を示す媒質であることを特徴とする。
【０１８２】
５−１８ ２乃至４−３５のいずれかにおいて、式（１２）を満たすもの。
【０１８３】
６ 上記４−２１の光学系を有することを特徴とする走査型顕微鏡。
【０１８４】
６−１ ２乃至４−３５のいずれかにおいて、負の屈折を示す媒質で形成された光学素子は前記１乃至１−１０のいずれかの構成を有する。
【０１８５】
６−２ 前記５乃至５−６のいずれかにおいて、負の屈折を示す媒質で形成された光学素子は前記１−８乃至１−１０のいずれかの構成を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の一実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例である。
【図２】図１の対物レンズ３０６近傍の拡大図を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた透過型の顕微鏡３１５を示す図である。
【図４】光ディスクの光学系３２０の実施形態である。
【図５】投影露光装置の光学系の実施形態である。
【図６】従来提案されている密着型のリソグラフィーを示す図である。
【図７】シリコンウエハー３２６とポリマーフォトマスク３３０の間に、ポリマーフォトマスク３３０に密着、あるいはごく接近させて負屈折率媒質３０１の平行平板を配置した図である。
【図８】負屈折率媒質でできたレンズ３０１−２を示す実施形態である。
【図９】フォトニック結晶３４０の一例を示す図である。
【図１０】フォトニック結晶３４０の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１８７】
３０１…負屈折率媒質、３０３…光源、３０４…照明レンズ、３０５…半透鏡、３０６…対物レンズ、３０６−１、３０６−２…レンズ、３０７…物体（標本）、３０８…接眼レンズ、３０９…眼、３４０…フォトニック結晶。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするレンズ。
【請求項２】
負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項３】
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【請求項４】
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置したことを特徴とする光学系。
【請求項５】
光源と微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする光学装置。
【請求項１】
負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするレンズ。
【請求項２】
負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項３】
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【請求項４】
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置したことを特徴とする光学系。
【請求項５】
光源と微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−７２２３７（Ｐ２００６−７２２３７Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５８７１８（Ｐ２００４−２５８７１８）
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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