反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置
【課題】広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い撮像領域に渡って高い解像力を持つ反射屈折光学系を得ること。
【解決手段】物体の中間像ＩＭを形成する第１結像光学系Ｇ１と、中間像ＩＭを像面１０５に結像させる第２結像光学系Ｇ２を有し、第１結像光学系Ｇ１は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子Ｍ１と、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子Ｍ２と、第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２との間の光路中に負レンズＬ１とを有し、物体からの光束は、順に第１の光学素子Ｍ１、負レンズＬ１、第２の光学素子Ｍ２、負レンズＬ１、第１の光学素子Ｍ１、負レンズＬ１、第２の光学素子Ｍ２を介した後に第２結像光学系Ｇ２側に出射しており、負レンズＬ１の材料のアッベ数は第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きいこと。
【解決手段】物体の中間像ＩＭを形成する第１結像光学系Ｇ１と、中間像ＩＭを像面１０５に結像させる第２結像光学系Ｇ２を有し、第１結像光学系Ｇ１は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子Ｍ１と、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子Ｍ２と、第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２との間の光路中に負レンズＬ１とを有し、物体からの光束は、順に第１の光学素子Ｍ１、負レンズＬ１、第２の光学素子Ｍ２、負レンズＬ１、第１の光学素子Ｍ１、負レンズＬ１、第２の光学素子Ｍ２を介した後に第２結像光学系Ｇ２側に出射しており、負レンズＬ１の材料のアッベ数は第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きいこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料（物体）を拡大し、観察する際に好適な反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の病理検査では、光学顕微鏡を用いて病理標本（試料）を直接、人の目で観察している。近年、病理標本を画像データとして取り込み、ディスプレイ上で観察するバーチャル顕微鏡と呼ばれるものが利用されている。バーチャル顕微鏡では病理標本の画像データをディスプレイ上で観察できるため、複数人で同時に観察することができる。またこのバーチャル顕微鏡を用いると画像データを遠方の病理医と共有して診断を仰ぐこともできるなど多くの利点がある。しかし、この方法は病理標本を撮像して画像データとして取り込むためには時間がかかるという問題があった。
【０００３】
時間がかかる原因の１つとして、大きな撮像範囲の病理標本を顕微鏡の狭い撮像領域を用いて画像データとして取り込まねばならないことが挙げられる。顕微鏡の撮像領域が狭い場合、複数回撮像して、もしくはスキャンしながら撮像してそれらを繋げることで一枚の画像とする必要がある。従来より撮像回数を少なくして画像データを取り込む時間を短縮するために、広い撮像領域を持った光学系（撮像光学系）が求められている。
【０００４】
この他、病理標本を観察する上で、広い撮像領域が求められていると同時に可視領域（広い波長域）での高い解像力を持った光学系が要望されている。高い解像力を持った光学系は病理診断の用途に限らず様々な分野で要望されている。屈折光学系より成り可視光全域に渡って収差を良好に低減した生体細胞などの観察に好適な顕微鏡対物レンズが知られている（特許文献１）。
【０００５】
また集積回路やフォトマスクに存在する欠陥を検査するため反射屈折光学系を用いて紫外の広波長帯域に渡って高い解像力を有した超広帯域紫外顕微鏡映像システムが知られている（特許文献２）。また、広い領域に微細なパターンを露光して半導体素子を製造するのに好適な反射屈折光学系が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６０−０３４７３７号公報
【特許文献２】特表２００７−５１４１７９号公報
【特許文献３】ＷＯ００／０３９６２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている顕微鏡対物レンズは、可視光全域に渡って諸収差を良好に低減しているが、観察領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献２に開示されている広帯域顕微鏡カタディオプトリック結像系は広波長帯域に渡って収差を良好に低減し、高い解像力を持っているものの視野領域の大きさが必ずしも十分でない。
【０００８】
また、特許文献３に開示されている反射屈折結像光学系は広い領域に渡って、高い解像力を持っているが収差が良好に補正されている波長域の広さが必ずしも十分でない。試料を拡大して観察するための顕微鏡レンズとしては、観察領域が大きく、かつ広い波長範囲にわたり高い光学性能を有することが求められている。
【０００９】
本発明は、広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い撮像領域に渡って高い解像力を持つ反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の反射屈折光学系は、物体からの光束を集光して該物体の中間像を形成する反射屈折部を含む第１結像光学系と、該中間像を像面に結像させる屈折部を含む第２結像光学系を有する反射屈折光学系であって、
前記第１結像光学系は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子と、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光路中に負レンズとを有し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は互いに裏面反射部が対向するように配置されており、
前記物体からの光束は、順に前記第１の光学素子の光透過部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第１の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の光透過部を介した後に前記第２結像光学系側に出射しており、前記負レンズの材料のアッベ数は前記第２の光学素子の材料のアッベ数よりも大きいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い撮像領域に渡って高い解像力を持つ反射屈折光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例の撮像装置の実施例１の概略断面図である。
【図２】実施例１の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図３】実施例１の反射屈折光学系の収差図である。
【図４】実施例２の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図５】実施例２の反射屈折光学系の収差図である。
【図６】実施例３の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図７】実施例３の反射屈折光学系の収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の反射屈折光学系１０４は、物体１０３からの光束を集光して物体の中間像ＩＭを形成する反射屈折部を含む第１結像光学系Ｇ１と、中間像ＩＭを像面１０５に結像させる屈折部を含む第２結像光学系Ｇ２を有する。本発明の撮像装置１０００は、光源手段１０１と、光源手段１０１からの光束で物体１０３を照明する照明光学系１０２と、物体１０３を結像する反射屈折光学系１０４を有している。更に撮像装置１０００は反射屈折光学系１０４によって結像された物体像を光電変換する撮像素子１０５と、撮像素子１０５からのデータより画像情報を生成する画像処理系１０６と画像処理系１０６で生成した画像データを表示する表示手段１０７とを有する。
【００１４】
本発明の反射屈折光学系１０４を構成する第１結像光学系Ｇ１は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子Ｍ１を有する。更に光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子Ｍ２とを有する。更に反射屈折光学系１０４は第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２との間の光路中に負レンズＬ１とを有する。この負レンズＬ１の材料のアッベ数は、第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きい。
【００１５】
図１は本発明の撮像装置の要部概略図である。図２は本発明の反射屈折光学系の実施例１の要部概略図である。図３は本発明の反射屈折光学系の実施例１の収差図である。図４は本発明の反射屈折光学系の実施例２の要部概略図である。図５は本発明の反射屈折光学系の実施例２の収差図である。図６は本発明の反射屈折光学系の実施例３の要部概略図である。図７は本発明の反射屈折光学系の実施例３の収差図である。
【００１６】
［実施例１］
以下、図１を参照して、本発明の反射屈折光学系１０４を有する撮像装置１０００の構成について説明する。ここで図１は、本発明の撮像装置１０００の概略断面図である。撮像装置１０００は、光源手段１０１からの光を照明光学系１０２によって集光して試料（物体）１０３を均一に照明する。このとき使用する光は可視光（例えば、波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍ）が用いられる。可視光としては波長４８６ｎｍ〜波長６５６ｎｍの範囲内の光束が含まれていれば良い。
【００１７】
反射屈折光学系１０４は試料（物体）１０３の像を撮像素子１０５上に結像する。撮像素子１０５で取得したデータ（画像情報）は、画像処理系１０６によって画像データを生成し、生成した画像データを表示手段１０７などに表示する。この他記録媒体（記録手段）に保持している。画像処理系１０６では反射屈折光学系１０４で補正しきれなかった収差を補正したり、または、撮像位置の異なった画像データを繋げて一枚の画像データに合成したりするなど用途に応じた処理が行われる。
【００１８】
図２は、図１の反射屈折光学系１０４の構成を説明するための概略図である。図２において、１０４Ａ（他の実施例では１０４Ｂ、１０４Ｃ）は反射屈折光学系、１０３は試料が配置される物体面、１０５は撮像素子が配置される像面である。ＡＸは反射屈折光学系１０４Ａの光軸である。反射屈折光学系１０４Ａは物体１０３からの光束を集光し、所定面に中間像ＩＭを形成する反射面を含む第１結像光学系Ｇ１を有する。
【００１９】
中間像ＩＭが形成される位置にはフィールドレンズ部ＦＬが配置されている。フィールドレンズ部ＦＬは中間像ＩＭからの光束を第２結像光学系Ｇ２に効率良く導光している。尚、フィールドレンズ部ＦＬは省略しても良い。そして中間像ＩＭを像面１０５に結像する屈折面と遮光部ＯＢＳを含む第２結像光学系Ｇ２を有する。
【００２０】
第１結像光学系Ｇ１は、物体側から順に第１の光学素子（マンジャンミラー）Ｍ１、負レンズL１、第２の光学素子（マンジャンミラー）Ｍ２を有している。第１の光学素子Ｍ１は同心形状又は略同心形状より成っている。負レンズＬ１の材料のアッベ数は第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きい。第２結像光学系Ｇ２は、物体側から順にレンズ群Ｇ２１、遮光部ＯＢＳ、レンズ群Ｇ２２を有している。
【００２１】
図２は、物体面１０３から像面１０５に至る光束が示されている。第１結像光学系Ｇ１の第１の光学素子Ｍ１は、物体１０３側の面Ｍ１ａが凸形状で、像側の面Ｍ１ｂが凹形状で光軸付近及び光軸周辺が正の屈折力の光透過部Ｍ１Ｔ、周辺部のうち物体側の面Ｍ１ａに反射膜を施し、裏面反射部としている。面Ｍ１ａは非球面形状より成っている。負レンズＬ１は物体側の面が凹で非球面形状である。負レンズＬ１はメニスカス形状で面全体が光透過面となっている。
【００２２】
第２の光学素子Ｍ２は物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、光軸周辺が正の屈折力の光透過部Ｍ２Ｔ、周辺部のうち像側の面Ｍ２ｂに反射膜を施し、裏面反射部としている。Ｍ２ａは第２の光学素子Ｍ２の物体側の面である。面Ｍ２ｂは非球面形状である。第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２は互いに裏面反射部Ｍ１ａ、Ｍ２ｂが対向するように配置されている。第２の結像光学系Ｇ２は物体１０３からの光束のうち光軸近傍の光束を遮光し、撮像素子１０５に入射するのを防止する遮光板ＯＢＳが第２結像光学系Ｇ２中又は開口絞り若しくはその近傍に配置されている。
【００２３】
図２に示す反射屈折光学系１０４Ａでは、照明光学系１０２からの光束で照明され、試料１０３から出射した光束は第１の光学素子Ｍ１の中央透過部Ｍ１Ｔを通過する。その後、負レンズＬ１を通過し、発散され第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａに入射する。その後裏面反射部Ｍ２ｂで反射し集光されて、屈折面Ｍ２ａ、負レンズＬ１を通過して第１の光学素子Ｍ１の屈折面Ｍ１ｂに入射する。その後、第１の光学素子Ｍ１の裏面反射部Ｍ１ａで反射する。そして屈折面Ｍ１ｂ、負レンズＬ１を通過し、第２の光学素子Ｍ２の中央透過部Ｍ２Ｔを通過し、第２結像光学系側Ｇ２へ出射する。その後フィールドレンズ群ＦＬの近傍に試料１０３の中間像ＩＭを形成する。
【００２４】
本実施例において、フィールドレンズ群ＦＬを配置せずに中間像ＩＭを形成する構成としても良い。中間像ＩＭからの発散光束は、正の屈折力のレンズ群Ｇ２１と正の屈折力のレンズ群Ｇ２２を通過し、像面１０５に入射する。そして像面１０５上に物体１０３の像を拡大結像する。撮像素子１０５に結像された物体１０３の像は画像処理系１０６によって処理されて表示手段１０７に表示される。
【００２５】
本実施例の中間像IＭを形成する第１結像光学系Ｇ１の特徴について説明する。マンジャンミラーよりなる第１の光学素子Ｍ１とマンジャンミラーよりなる第２の光学素子Ｍ２の光路間に負レンズＬ１を配置している。これによって、第１結像光学系Ｇ１で発生する球面収差の補正を容易にしている。ここで、第１の光学素子Ｍ１の外径（有効径、以下同じ）をＨ１とし、第１の光学素子Ｍ１の透過部の有効径をＨ２とする。物体１０３からの光は第１の光学素子Ｍ１の光透過部Ｍ１Ｔおよび負レンズＬ１を通過後、第２の光学素子Ｍ２の面Ｍ２ｂで反射される。
【００２６】
そして再び負レンズＬ１に入射し、負レンズＬ１の負のパワーにより第１の光学素子Ｍ１へ入射する光束の角度が光軸に対して小さくなる。これにより、第１の光学素子Ｍ１の径Ｈ１が大きくなり、物体面１０３から第１の光学素子Ｍ１へ入射したときの透過部の径Ｈ２との比率Ｈ２／Ｈ１を下げている。つまり、光軸ＡＸ上の中央遮蔽率を小さく抑えて、その結果、像性能の悪化を防いでいる。
【００２７】
また、第１の光学素子Ｍ１の形状をほぼ同心円状にすることで色収差の発生を軽減しつつ、球面収差の補正を容易にしている。また、第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２間にある負レンズＬ１の材料のアッベ数を第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きくすることで、第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差を小さくしている。更に、第１結像光学系Ｇ１の負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２が以下の条件式（１）を満足するようにしている。
【００２８】
０．５＜ν２／νｎ＜１ ・・・（１）
これにより、第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差を小さくしている。条件式（１）の下限値あるいは上限値を超えると第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差、特に軸上色収差が大きくなり、これを第２結像光学系Ｇ２で打ち消すためには多くのレンズ枚数を必要とするので良くない。更に、反射屈折型光学系は、第１結像光学系Ｇ１のパワーをφ１、負レンズＬ１のパワーをφｎとするとき、以下の条件式（２）を満足するのが良い。
【００２９】
０．１０＜｜φｎ／φ１｜＜０．３０ ・・・（２）
これにより、第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差を小さくすることができる。条件式（２）の下限値を下回ると、負レンズＬ１のパワーが強くなりすぎ、負レンズＬ１より発生する収差が多くなり、この収差の補正が困難となる。また、負レンズＬ１より発生する収差を補正するためには第２の光学素子Ｍ２のパワーを強くしなければならず、その結果、第２の光学素子Ｍ２のレンズ端の厚みを確保することが困難になる。条件式（２）の上限値を上回ると、負レンズＬ１のパワーが弱くなりすぎ、中央遮蔽率Ｈ２／Ｈ１が大きくなり、像性能が悪化するので良くない。
【００３０】
第１の光学素子Ｍ１の形状がほぼ同心形状とは、次のことをいう。第１の光学素子Ｍ１の物体側と像面側の面の曲率半径を各々ｒ１、ｒ２とするとき、
０．４０＜ｒ１／ｒ２＜１．００ ・・・（３）
を満足することである。
【００３１】
本実施例の反射屈折型光学系では、負レンズL1の凹面を非球面形状としている。これによって、球面収差とコマ収差を良好に補正している。本実施例の反射屈折型光学系では、第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２の反射面Ｍ１ａ、Ｍ２ｂを非球面形状としている。これによって、球面収差およびコマ収差をさらに良好に補正している。本実施例の反射屈折型光学系は、後述する数値実施例をｍｍ単で表したとき視野領域をφ（直径）３ｍｍ以上としている。視野領域がこれ以下であると、物体面全体を分割撮像する場合の撮像回数が増えて、撮像全体に掛かる時間が長くなるため好ましくない。
【００３２】
視野領域をφ３ｍｍ以上とすることにより、分割撮像の分割数が少なくなるので撮像時間の短縮が容易となる。更に、視野領域がφ１０ｍｍ以上であれば更に好ましく、物体面の一括撮像が容易になるので、撮像時間の大幅な短縮が容易になる。
【００３３】
本実施例において第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２の裏面の反射部は何れも凹形状であり、且つ、何れも非球面形状としている。負レンズＬ１の凹面もまた非球面形状である。このように３つの非球面形状を用いることにより、色収差を増加させることなく、球面収差とコマ収差等の諸収差の発生を抑えている。実施例１の反射屈折光学系１０４Ａにおいて、物体側の開口数は０．７であって、倍率は６倍、物体高は１４．１４ｍｍ、視野領域はφ２８．２８ｍｍである。視野領域はφ３ｍｍ以上を満たしており、且つφ１０ｍｍ以上も満たしている。
【００３４】
物体側、像側とも、ほぼテレセントリックな光学系となっている。また、可視域の波長４８６ｎｍ〜６５６ｎｍの範囲をカバーする白色光での波面収差が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３５】
図３は実施例１の像面（撮像素子面）における横収差を示しており、軸上、軸外とも、可視域の広い波長帯域で収差が良好に補正されている。収差図においてＹは像高である。また、負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２の比、ν２／νｎは０．６０となり、条件式（１）の範囲内である。さらに、負レンズＬ１のパワーφｎの値は−０．００１８であり、第１結像光学系Ｇ１のパワーφ１は０．０１１８１であり、条件式（２）の範囲内である。
【００３６】
［実施例２］
図４の実施例２の反射屈折光学系について説明する。なお、特に述べない部分については実施例１と同様である。実施例２の反射屈折光学系において、物体側の開口数は０．７であって、倍率は６倍、物体高は１４．１４ｍｍ、視野領域はφ２８．２８ｍｍである。視野領域はφ３ｍｍ以上を満たしており、且つφ１０ｍｍ以上も満たしている。物体側、像側とも、ほぼテレセントリックな光学系となっている。また、可視域の波長４８６ｎｍ〜６５６ｎｍの範囲をカバーする白色光での波面収差が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３７】
図５は実施例２の像面（撮像素子面）における横収差を示しており、軸上、軸外とも、可視域の広い波長帯域で収差が良好に補正されている。また、負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２の比、ν２／νｎは０．８４となり、条件式（１）の範囲内である。さらに、負レンズＬ１のパワーφｎの値は−０．００２１、第１結像光学系Ｇ１のパワーφ１は０．０１０９９であり、条件式（２）の範囲内である。
【００３８】
［実施例３］
図６の実施例３の反射屈折光学系について説明する。なお、特に述べない部分については実施例１と同様である。実施例３の反射屈折光学系において、物体側の開口数は０．７であって、倍率は６倍、物体高は１４．１４ｍｍ、視野領域はφ２８．２８ｍｍである。視野領域はφ３ｍｍ以上を満たしており、且つφ１０ｍｍ以上も満たしている。物体側、像側とも、ほぼテレセントリックな光学系となっている。また、可視域の波長４８６ｎｍ〜６５６ｎｍの範囲をカバーする白色光での波面収差が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３９】
図７は実施例３の像面（撮像素子面）における横収差を示しており、軸上、軸外とも、可視域の広い波長帯域で収差が良好に補正されている。また、負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２の比、ν２／νｎは０．７１となり、条件式（１）の範囲内である。さらに、負レンズＬ１のパワーφｎの値は−０．００２７、第１結像光学系Ｇ１のパワーφ１は０．０１１５８８であり、条件式（２）の範囲内である。
【００４０】
以上のように各実施例によれば、高ＮＡで可視光全域に亘って収差を低減し、かつ広い視野領域を有する反射屈折光学系及びそれを用いた撮像装置が得られる。以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形、及び、変更が可能である。例えば、本発明は大画面をスキャンする撮像装置にもスキャンしない撮像装置にも適用可能である。
【００４１】
以下、各実施例の数値実施例を示す。面番号は物体面（試料面）から像面まで数えた光が通過する順の光学面である。ｒは第ｉ番目の光学面の曲率半径である。ｄは第ｉ番目と第ｉ＋１番目の間隔である（符号は物体側から像面側へ測ったときを（光が進行するときを）正、逆方向を負としている）。Ｎｄ、νｄは波長５８７．６ｎｍに対する材料の屈折率とアッベ数をそれぞれ示している。非球面の形状は、以下の式に示す一般的な非球面の式で表される。以下の式において、Ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ・・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数である。
【００４２】
【数１】
【００４３】
「Ｅ−Ｘ」は「１０-X」を意味する。各実施例における各要素の光学定数及び前述した各条件式と数値実施例との関係を表−１に示す。
【００４４】
［数値実施例１］
面番号 r d Nｄ νd
物体面 6.00
1 337.13 13.70 1.8052 25.43
2 374.52 65.18
3 -120.72 9.20 1.5237 60.10
4 -213.77 8.82
5 -174.37 9.49 1.5889 35.83
6 -152.43 -9.49 1.5889 35.83
7 -174.37 -8.82
8 -213.77 -9.20 1.5237 60.10
9 -120.72 -65.18
10 374.52 -13.70 1.8052 25.43
11 337.13 13.70 1.8052 25.43
12 374.52 65.18
13 -120.72 9.20 1.5237 60.10
14 -213.77 8.82
15 -174.37 9.49 1.5889 35.83
16 -152.43 3.00
17 983.84 3.61 1.8040 46.58
18 -206.61 9.98
19 -87.23 8.91 1.7395 27.33
20 136.90 12.01 1.8040 46.58
21 -70.30 0.50
22 60.02 21.77 1.8040 46.58
23 -103.47 3.64 1.7346 27.49
24 106.25 13.87 1.8040 46.58
25 -115.15 35.52
26 175.99 16.45 1.8041 44.96
27 -88.70 4.48 1.7208 27.99
28 -423.28 34.79
29 -291.12 20.41 1.8044 37.17
30 -74.03 0.50
31 127.61 20.29 1.8040 46.58
32 -373.57 5.61
33 -351.62 6.26 1.7799 28.92
34 86.74 68.63
35 -88.66 6.60 1.5934 35.24
36 -554.01 20.77
37 -103.78 7.72 1.6578 56.16
38 -170.99 4.05
39 -181.71 23.65 1.8040 46.58
40 -103.36 0.50
41 1023.54 24.07 1.8040 46.58
42 -289.07 10.00
像面 0.00
【００４５】
【表１】
【００４６】
［数値実施例２］
面番号 r d Nｄ νd
物体面 6.00
1 390.58 10.00 1.8052 25.43
2 432.37 81.29
3 -119.76 9.00 1.5087 56.98
4 -241.63 6.54
5 -195.40 9.00 1.7726 48.08
6 -163.28 -9.00 1.7726 48.08
7 -195.40 -6.54
8 -241.63 -9.00 1.5087 56.98
9 -119.76 -81.29
10 432.37 -10.00 1.8052 25.43
11 390.58 10.00 1.8052 25.43
12 432.37 81.29
13 -119.76 9.00 1.5087 56.98
14 -241.63 6.54
15 -195.40 9.00 1.7726 48.08
16 -163.28 3.00
17 -586.62 4.00 1.8040 46.58
18 -192.54 4.92
19 -95.85 6.07 1.6264 32.71
20 80.99 12.20 1.7053 52.19
21 -79.05 1.34
22 77.57 14.24 1.8040 46.58
23 -75.54 4.00 1.5861 36.24
24 308.44 9.36 1.8040 46.58
25 -158.65 29.41
26 260.65 13.44 1.7022 52.41
27 -59.00 4.00 1.8052 25.43
28 -84.22 60.04
29 2550.04 22.62 1.7977 46.86
30 -82.71 0.50
31 154.20 13.22 1.8043 38.54
32 1196.56 20.48
33 -244.57 6.00 1.7170 28.58
34 94.75 59.28
35 -65.02 10.00 1.5502 42.95
36 699.95 9.25
37 -432.81 35.00 1.8040 46.58
38 -104.32 0.50
39 -22758.34 25.30 1.8041 43.70
40 -287.63 10.00
像面 0.00
【００４７】
【表２】
【００４８】
［数値実施例３］
面番号 r d Nｄ νd
物体面 6.00
1 461.73 10.00 1.6031 58.77
2 1120.55 79.64
3 -106.20 9.00 1.6541 56.52
4 -197.77 2.00
5 -185.42 9.67 1.8042 40.34
6 -152.17 -9.67 1.8042 40.34
7 -185.42 -2.00
8 -197.77 -9.00 1.6541 56.52
9 -106.20 -79.64
10 1120.55 -10.00 1.6031 58.77
11 461.73 10.00 1.6031 58.77
12 1120.55 79.64
13 -106.20 9.00 1.6541 56.52
14 -197.77 2.00
15 -185.42 9.67 1.8042 40.34
16 -152.17 20.30
17 64.13 4.25 1.8040 46.58
18 189.21 5.05
19 -83.43 7.00 1.7060 28.56
20 89.39 8.41 1.7264 50.74
21 -287.04 1.00
22 80.68 1.36
23 102.32 5.62 1.8040 46.58
24 4255.70 7.13
25 54.32 18.20 1.8040 46.58
26 -169.08 38.03
27 112.01 28.58 1.6393 53.55
28 -47.40 6.00 1.8052 25.43
29 468.82 12.65
30 299.80 30.00 1.8046 32.49
31 -76.74 0.50
32 173.71 15.00 1.8043 37.45
33 -786.95 24.66
34 -62.97 4.00 1.7339 27.51
35 206.43 35.40
36 -50.06 28.18 1.8040 46.58
37 -75.07 3.00
38 -327.29 23.25 1.8048 29.77
39 -134.69 6.36
40 322.77 18.82 1.8052 25.71
41 19763.06 30.94
像面 0.00
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【符号の説明】
【００５１】
１０１ 光源 １０２ 照明光学系 １０３ 試料 １０４ 結像光学系
１０５ 撮像素子 ＩＭ 中間像 ＡＸ 光軸 Ｇ１ 第１結像光学系
Ｇ２ 第２結像光学系 ＦＬ フィールドレンズ群 Ｌ１ 負レンズ
Ｍ１、Ｍ２ マンジャンミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料（物体）を拡大し、観察する際に好適な反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の病理検査では、光学顕微鏡を用いて病理標本（試料）を直接、人の目で観察している。近年、病理標本を画像データとして取り込み、ディスプレイ上で観察するバーチャル顕微鏡と呼ばれるものが利用されている。バーチャル顕微鏡では病理標本の画像データをディスプレイ上で観察できるため、複数人で同時に観察することができる。またこのバーチャル顕微鏡を用いると画像データを遠方の病理医と共有して診断を仰ぐこともできるなど多くの利点がある。しかし、この方法は病理標本を撮像して画像データとして取り込むためには時間がかかるという問題があった。
【０００３】
時間がかかる原因の１つとして、大きな撮像範囲の病理標本を顕微鏡の狭い撮像領域を用いて画像データとして取り込まねばならないことが挙げられる。顕微鏡の撮像領域が狭い場合、複数回撮像して、もしくはスキャンしながら撮像してそれらを繋げることで一枚の画像とする必要がある。従来より撮像回数を少なくして画像データを取り込む時間を短縮するために、広い撮像領域を持った光学系（撮像光学系）が求められている。
【０００４】
この他、病理標本を観察する上で、広い撮像領域が求められていると同時に可視領域（広い波長域）での高い解像力を持った光学系が要望されている。高い解像力を持った光学系は病理診断の用途に限らず様々な分野で要望されている。屈折光学系より成り可視光全域に渡って収差を良好に低減した生体細胞などの観察に好適な顕微鏡対物レンズが知られている（特許文献１）。
【０００５】
また集積回路やフォトマスクに存在する欠陥を検査するため反射屈折光学系を用いて紫外の広波長帯域に渡って高い解像力を有した超広帯域紫外顕微鏡映像システムが知られている（特許文献２）。また、広い領域に微細なパターンを露光して半導体素子を製造するのに好適な反射屈折光学系が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６０−０３４７３７号公報
【特許文献２】特表２００７−５１４１７９号公報
【特許文献３】ＷＯ００／０３９６２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている顕微鏡対物レンズは、可視光全域に渡って諸収差を良好に低減しているが、観察領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献２に開示されている広帯域顕微鏡カタディオプトリック結像系は広波長帯域に渡って収差を良好に低減し、高い解像力を持っているものの視野領域の大きさが必ずしも十分でない。
【０００８】
また、特許文献３に開示されている反射屈折結像光学系は広い領域に渡って、高い解像力を持っているが収差が良好に補正されている波長域の広さが必ずしも十分でない。試料を拡大して観察するための顕微鏡レンズとしては、観察領域が大きく、かつ広い波長範囲にわたり高い光学性能を有することが求められている。
【０００９】
本発明は、広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い撮像領域に渡って高い解像力を持つ反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の反射屈折光学系は、物体からの光束を集光して該物体の中間像を形成する反射屈折部を含む第１結像光学系と、該中間像を像面に結像させる屈折部を含む第２結像光学系を有する反射屈折光学系であって、
前記第１結像光学系は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子と、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光路中に負レンズとを有し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は互いに裏面反射部が対向するように配置されており、
前記物体からの光束は、順に前記第１の光学素子の光透過部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第１の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の光透過部を介した後に前記第２結像光学系側に出射しており、前記負レンズの材料のアッベ数は前記第２の光学素子の材料のアッベ数よりも大きいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、広い波長域に渡って諸収差を良好に補正し、かつ広い撮像領域に渡って高い解像力を持つ反射屈折光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例の撮像装置の実施例１の概略断面図である。
【図２】実施例１の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図３】実施例１の反射屈折光学系の収差図である。
【図４】実施例２の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図５】実施例２の反射屈折光学系の収差図である。
【図６】実施例３の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図７】実施例３の反射屈折光学系の収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の反射屈折光学系１０４は、物体１０３からの光束を集光して物体の中間像ＩＭを形成する反射屈折部を含む第１結像光学系Ｇ１と、中間像ＩＭを像面１０５に結像させる屈折部を含む第２結像光学系Ｇ２を有する。本発明の撮像装置１０００は、光源手段１０１と、光源手段１０１からの光束で物体１０３を照明する照明光学系１０２と、物体１０３を結像する反射屈折光学系１０４を有している。更に撮像装置１０００は反射屈折光学系１０４によって結像された物体像を光電変換する撮像素子１０５と、撮像素子１０５からのデータより画像情報を生成する画像処理系１０６と画像処理系１０６で生成した画像データを表示する表示手段１０７とを有する。
【００１４】
本発明の反射屈折光学系１０４を構成する第１結像光学系Ｇ１は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子Ｍ１を有する。更に光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子Ｍ２とを有する。更に反射屈折光学系１０４は第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２との間の光路中に負レンズＬ１とを有する。この負レンズＬ１の材料のアッベ数は、第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きい。
【００１５】
図１は本発明の撮像装置の要部概略図である。図２は本発明の反射屈折光学系の実施例１の要部概略図である。図３は本発明の反射屈折光学系の実施例１の収差図である。図４は本発明の反射屈折光学系の実施例２の要部概略図である。図５は本発明の反射屈折光学系の実施例２の収差図である。図６は本発明の反射屈折光学系の実施例３の要部概略図である。図７は本発明の反射屈折光学系の実施例３の収差図である。
【００１６】
［実施例１］
以下、図１を参照して、本発明の反射屈折光学系１０４を有する撮像装置１０００の構成について説明する。ここで図１は、本発明の撮像装置１０００の概略断面図である。撮像装置１０００は、光源手段１０１からの光を照明光学系１０２によって集光して試料（物体）１０３を均一に照明する。このとき使用する光は可視光（例えば、波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍ）が用いられる。可視光としては波長４８６ｎｍ〜波長６５６ｎｍの範囲内の光束が含まれていれば良い。
【００１７】
反射屈折光学系１０４は試料（物体）１０３の像を撮像素子１０５上に結像する。撮像素子１０５で取得したデータ（画像情報）は、画像処理系１０６によって画像データを生成し、生成した画像データを表示手段１０７などに表示する。この他記録媒体（記録手段）に保持している。画像処理系１０６では反射屈折光学系１０４で補正しきれなかった収差を補正したり、または、撮像位置の異なった画像データを繋げて一枚の画像データに合成したりするなど用途に応じた処理が行われる。
【００１８】
図２は、図１の反射屈折光学系１０４の構成を説明するための概略図である。図２において、１０４Ａ（他の実施例では１０４Ｂ、１０４Ｃ）は反射屈折光学系、１０３は試料が配置される物体面、１０５は撮像素子が配置される像面である。ＡＸは反射屈折光学系１０４Ａの光軸である。反射屈折光学系１０４Ａは物体１０３からの光束を集光し、所定面に中間像ＩＭを形成する反射面を含む第１結像光学系Ｇ１を有する。
【００１９】
中間像ＩＭが形成される位置にはフィールドレンズ部ＦＬが配置されている。フィールドレンズ部ＦＬは中間像ＩＭからの光束を第２結像光学系Ｇ２に効率良く導光している。尚、フィールドレンズ部ＦＬは省略しても良い。そして中間像ＩＭを像面１０５に結像する屈折面と遮光部ＯＢＳを含む第２結像光学系Ｇ２を有する。
【００２０】
第１結像光学系Ｇ１は、物体側から順に第１の光学素子（マンジャンミラー）Ｍ１、負レンズL１、第２の光学素子（マンジャンミラー）Ｍ２を有している。第１の光学素子Ｍ１は同心形状又は略同心形状より成っている。負レンズＬ１の材料のアッベ数は第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きい。第２結像光学系Ｇ２は、物体側から順にレンズ群Ｇ２１、遮光部ＯＢＳ、レンズ群Ｇ２２を有している。
【００２１】
図２は、物体面１０３から像面１０５に至る光束が示されている。第１結像光学系Ｇ１の第１の光学素子Ｍ１は、物体１０３側の面Ｍ１ａが凸形状で、像側の面Ｍ１ｂが凹形状で光軸付近及び光軸周辺が正の屈折力の光透過部Ｍ１Ｔ、周辺部のうち物体側の面Ｍ１ａに反射膜を施し、裏面反射部としている。面Ｍ１ａは非球面形状より成っている。負レンズＬ１は物体側の面が凹で非球面形状である。負レンズＬ１はメニスカス形状で面全体が光透過面となっている。
【００２２】
第２の光学素子Ｍ２は物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、光軸周辺が正の屈折力の光透過部Ｍ２Ｔ、周辺部のうち像側の面Ｍ２ｂに反射膜を施し、裏面反射部としている。Ｍ２ａは第２の光学素子Ｍ２の物体側の面である。面Ｍ２ｂは非球面形状である。第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２は互いに裏面反射部Ｍ１ａ、Ｍ２ｂが対向するように配置されている。第２の結像光学系Ｇ２は物体１０３からの光束のうち光軸近傍の光束を遮光し、撮像素子１０５に入射するのを防止する遮光板ＯＢＳが第２結像光学系Ｇ２中又は開口絞り若しくはその近傍に配置されている。
【００２３】
図２に示す反射屈折光学系１０４Ａでは、照明光学系１０２からの光束で照明され、試料１０３から出射した光束は第１の光学素子Ｍ１の中央透過部Ｍ１Ｔを通過する。その後、負レンズＬ１を通過し、発散され第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａに入射する。その後裏面反射部Ｍ２ｂで反射し集光されて、屈折面Ｍ２ａ、負レンズＬ１を通過して第１の光学素子Ｍ１の屈折面Ｍ１ｂに入射する。その後、第１の光学素子Ｍ１の裏面反射部Ｍ１ａで反射する。そして屈折面Ｍ１ｂ、負レンズＬ１を通過し、第２の光学素子Ｍ２の中央透過部Ｍ２Ｔを通過し、第２結像光学系側Ｇ２へ出射する。その後フィールドレンズ群ＦＬの近傍に試料１０３の中間像ＩＭを形成する。
【００２４】
本実施例において、フィールドレンズ群ＦＬを配置せずに中間像ＩＭを形成する構成としても良い。中間像ＩＭからの発散光束は、正の屈折力のレンズ群Ｇ２１と正の屈折力のレンズ群Ｇ２２を通過し、像面１０５に入射する。そして像面１０５上に物体１０３の像を拡大結像する。撮像素子１０５に結像された物体１０３の像は画像処理系１０６によって処理されて表示手段１０７に表示される。
【００２５】
本実施例の中間像IＭを形成する第１結像光学系Ｇ１の特徴について説明する。マンジャンミラーよりなる第１の光学素子Ｍ１とマンジャンミラーよりなる第２の光学素子Ｍ２の光路間に負レンズＬ１を配置している。これによって、第１結像光学系Ｇ１で発生する球面収差の補正を容易にしている。ここで、第１の光学素子Ｍ１の外径（有効径、以下同じ）をＨ１とし、第１の光学素子Ｍ１の透過部の有効径をＨ２とする。物体１０３からの光は第１の光学素子Ｍ１の光透過部Ｍ１Ｔおよび負レンズＬ１を通過後、第２の光学素子Ｍ２の面Ｍ２ｂで反射される。
【００２６】
そして再び負レンズＬ１に入射し、負レンズＬ１の負のパワーにより第１の光学素子Ｍ１へ入射する光束の角度が光軸に対して小さくなる。これにより、第１の光学素子Ｍ１の径Ｈ１が大きくなり、物体面１０３から第１の光学素子Ｍ１へ入射したときの透過部の径Ｈ２との比率Ｈ２／Ｈ１を下げている。つまり、光軸ＡＸ上の中央遮蔽率を小さく抑えて、その結果、像性能の悪化を防いでいる。
【００２７】
また、第１の光学素子Ｍ１の形状をほぼ同心円状にすることで色収差の発生を軽減しつつ、球面収差の補正を容易にしている。また、第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２間にある負レンズＬ１の材料のアッベ数を第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数よりも大きくすることで、第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差を小さくしている。更に、第１結像光学系Ｇ１の負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２が以下の条件式（１）を満足するようにしている。
【００２８】
０．５＜ν２／νｎ＜１ ・・・（１）
これにより、第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差を小さくしている。条件式（１）の下限値あるいは上限値を超えると第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差、特に軸上色収差が大きくなり、これを第２結像光学系Ｇ２で打ち消すためには多くのレンズ枚数を必要とするので良くない。更に、反射屈折型光学系は、第１結像光学系Ｇ１のパワーをφ１、負レンズＬ１のパワーをφｎとするとき、以下の条件式（２）を満足するのが良い。
【００２９】
０．１０＜｜φｎ／φ１｜＜０．３０ ・・・（２）
これにより、第１結像光学系Ｇ１で発生する色収差を小さくすることができる。条件式（２）の下限値を下回ると、負レンズＬ１のパワーが強くなりすぎ、負レンズＬ１より発生する収差が多くなり、この収差の補正が困難となる。また、負レンズＬ１より発生する収差を補正するためには第２の光学素子Ｍ２のパワーを強くしなければならず、その結果、第２の光学素子Ｍ２のレンズ端の厚みを確保することが困難になる。条件式（２）の上限値を上回ると、負レンズＬ１のパワーが弱くなりすぎ、中央遮蔽率Ｈ２／Ｈ１が大きくなり、像性能が悪化するので良くない。
【００３０】
第１の光学素子Ｍ１の形状がほぼ同心形状とは、次のことをいう。第１の光学素子Ｍ１の物体側と像面側の面の曲率半径を各々ｒ１、ｒ２とするとき、
０．４０＜ｒ１／ｒ２＜１．００ ・・・（３）
を満足することである。
【００３１】
本実施例の反射屈折型光学系では、負レンズL1の凹面を非球面形状としている。これによって、球面収差とコマ収差を良好に補正している。本実施例の反射屈折型光学系では、第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２の反射面Ｍ１ａ、Ｍ２ｂを非球面形状としている。これによって、球面収差およびコマ収差をさらに良好に補正している。本実施例の反射屈折型光学系は、後述する数値実施例をｍｍ単で表したとき視野領域をφ（直径）３ｍｍ以上としている。視野領域がこれ以下であると、物体面全体を分割撮像する場合の撮像回数が増えて、撮像全体に掛かる時間が長くなるため好ましくない。
【００３２】
視野領域をφ３ｍｍ以上とすることにより、分割撮像の分割数が少なくなるので撮像時間の短縮が容易となる。更に、視野領域がφ１０ｍｍ以上であれば更に好ましく、物体面の一括撮像が容易になるので、撮像時間の大幅な短縮が容易になる。
【００３３】
本実施例において第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２の裏面の反射部は何れも凹形状であり、且つ、何れも非球面形状としている。負レンズＬ１の凹面もまた非球面形状である。このように３つの非球面形状を用いることにより、色収差を増加させることなく、球面収差とコマ収差等の諸収差の発生を抑えている。実施例１の反射屈折光学系１０４Ａにおいて、物体側の開口数は０．７であって、倍率は６倍、物体高は１４．１４ｍｍ、視野領域はφ２８．２８ｍｍである。視野領域はφ３ｍｍ以上を満たしており、且つφ１０ｍｍ以上も満たしている。
【００３４】
物体側、像側とも、ほぼテレセントリックな光学系となっている。また、可視域の波長４８６ｎｍ〜６５６ｎｍの範囲をカバーする白色光での波面収差が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３５】
図３は実施例１の像面（撮像素子面）における横収差を示しており、軸上、軸外とも、可視域の広い波長帯域で収差が良好に補正されている。収差図においてＹは像高である。また、負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２の比、ν２／νｎは０．６０となり、条件式（１）の範囲内である。さらに、負レンズＬ１のパワーφｎの値は−０．００１８であり、第１結像光学系Ｇ１のパワーφ１は０．０１１８１であり、条件式（２）の範囲内である。
【００３６】
［実施例２］
図４の実施例２の反射屈折光学系について説明する。なお、特に述べない部分については実施例１と同様である。実施例２の反射屈折光学系において、物体側の開口数は０．７であって、倍率は６倍、物体高は１４．１４ｍｍ、視野領域はφ２８．２８ｍｍである。視野領域はφ３ｍｍ以上を満たしており、且つφ１０ｍｍ以上も満たしている。物体側、像側とも、ほぼテレセントリックな光学系となっている。また、可視域の波長４８６ｎｍ〜６５６ｎｍの範囲をカバーする白色光での波面収差が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３７】
図５は実施例２の像面（撮像素子面）における横収差を示しており、軸上、軸外とも、可視域の広い波長帯域で収差が良好に補正されている。また、負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２の比、ν２／νｎは０．８４となり、条件式（１）の範囲内である。さらに、負レンズＬ１のパワーφｎの値は−０．００２１、第１結像光学系Ｇ１のパワーφ１は０．０１０９９であり、条件式（２）の範囲内である。
【００３８】
［実施例３］
図６の実施例３の反射屈折光学系について説明する。なお、特に述べない部分については実施例１と同様である。実施例３の反射屈折光学系において、物体側の開口数は０．７であって、倍率は６倍、物体高は１４．１４ｍｍ、視野領域はφ２８．２８ｍｍである。視野領域はφ３ｍｍ以上を満たしており、且つφ１０ｍｍ以上も満たしている。物体側、像側とも、ほぼテレセントリックな光学系となっている。また、可視域の波長４８６ｎｍ〜６５６ｎｍの範囲をカバーする白色光での波面収差が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３９】
図７は実施例３の像面（撮像素子面）における横収差を示しており、軸上、軸外とも、可視域の広い波長帯域で収差が良好に補正されている。また、負レンズＬ１の材料のアッベ数νｎと第２の光学素子Ｍ２の材料のアッベ数ν２の比、ν２／νｎは０．７１となり、条件式（１）の範囲内である。さらに、負レンズＬ１のパワーφｎの値は−０．００２７、第１結像光学系Ｇ１のパワーφ１は０．０１１５８８であり、条件式（２）の範囲内である。
【００４０】
以上のように各実施例によれば、高ＮＡで可視光全域に亘って収差を低減し、かつ広い視野領域を有する反射屈折光学系及びそれを用いた撮像装置が得られる。以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形、及び、変更が可能である。例えば、本発明は大画面をスキャンする撮像装置にもスキャンしない撮像装置にも適用可能である。
【００４１】
以下、各実施例の数値実施例を示す。面番号は物体面（試料面）から像面まで数えた光が通過する順の光学面である。ｒは第ｉ番目の光学面の曲率半径である。ｄは第ｉ番目と第ｉ＋１番目の間隔である（符号は物体側から像面側へ測ったときを（光が進行するときを）正、逆方向を負としている）。Ｎｄ、νｄは波長５８７．６ｎｍに対する材料の屈折率とアッベ数をそれぞれ示している。非球面の形状は、以下の式に示す一般的な非球面の式で表される。以下の式において、Ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ・・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数である。
【００４２】
【数１】
【００４３】
「Ｅ−Ｘ」は「１０-X」を意味する。各実施例における各要素の光学定数及び前述した各条件式と数値実施例との関係を表−１に示す。
【００４４】
［数値実施例１］
面番号 r d Nｄ νd
物体面 6.00
1 337.13 13.70 1.8052 25.43
2 374.52 65.18
3 -120.72 9.20 1.5237 60.10
4 -213.77 8.82
5 -174.37 9.49 1.5889 35.83
6 -152.43 -9.49 1.5889 35.83
7 -174.37 -8.82
8 -213.77 -9.20 1.5237 60.10
9 -120.72 -65.18
10 374.52 -13.70 1.8052 25.43
11 337.13 13.70 1.8052 25.43
12 374.52 65.18
13 -120.72 9.20 1.5237 60.10
14 -213.77 8.82
15 -174.37 9.49 1.5889 35.83
16 -152.43 3.00
17 983.84 3.61 1.8040 46.58
18 -206.61 9.98
19 -87.23 8.91 1.7395 27.33
20 136.90 12.01 1.8040 46.58
21 -70.30 0.50
22 60.02 21.77 1.8040 46.58
23 -103.47 3.64 1.7346 27.49
24 106.25 13.87 1.8040 46.58
25 -115.15 35.52
26 175.99 16.45 1.8041 44.96
27 -88.70 4.48 1.7208 27.99
28 -423.28 34.79
29 -291.12 20.41 1.8044 37.17
30 -74.03 0.50
31 127.61 20.29 1.8040 46.58
32 -373.57 5.61
33 -351.62 6.26 1.7799 28.92
34 86.74 68.63
35 -88.66 6.60 1.5934 35.24
36 -554.01 20.77
37 -103.78 7.72 1.6578 56.16
38 -170.99 4.05
39 -181.71 23.65 1.8040 46.58
40 -103.36 0.50
41 1023.54 24.07 1.8040 46.58
42 -289.07 10.00
像面 0.00
【００４５】
【表１】
【００４６】
［数値実施例２］
面番号 r d Nｄ νd
物体面 6.00
1 390.58 10.00 1.8052 25.43
2 432.37 81.29
3 -119.76 9.00 1.5087 56.98
4 -241.63 6.54
5 -195.40 9.00 1.7726 48.08
6 -163.28 -9.00 1.7726 48.08
7 -195.40 -6.54
8 -241.63 -9.00 1.5087 56.98
9 -119.76 -81.29
10 432.37 -10.00 1.8052 25.43
11 390.58 10.00 1.8052 25.43
12 432.37 81.29
13 -119.76 9.00 1.5087 56.98
14 -241.63 6.54
15 -195.40 9.00 1.7726 48.08
16 -163.28 3.00
17 -586.62 4.00 1.8040 46.58
18 -192.54 4.92
19 -95.85 6.07 1.6264 32.71
20 80.99 12.20 1.7053 52.19
21 -79.05 1.34
22 77.57 14.24 1.8040 46.58
23 -75.54 4.00 1.5861 36.24
24 308.44 9.36 1.8040 46.58
25 -158.65 29.41
26 260.65 13.44 1.7022 52.41
27 -59.00 4.00 1.8052 25.43
28 -84.22 60.04
29 2550.04 22.62 1.7977 46.86
30 -82.71 0.50
31 154.20 13.22 1.8043 38.54
32 1196.56 20.48
33 -244.57 6.00 1.7170 28.58
34 94.75 59.28
35 -65.02 10.00 1.5502 42.95
36 699.95 9.25
37 -432.81 35.00 1.8040 46.58
38 -104.32 0.50
39 -22758.34 25.30 1.8041 43.70
40 -287.63 10.00
像面 0.00
【００４７】
【表２】
【００４８】
［数値実施例３］
面番号 r d Nｄ νd
物体面 6.00
1 461.73 10.00 1.6031 58.77
2 1120.55 79.64
3 -106.20 9.00 1.6541 56.52
4 -197.77 2.00
5 -185.42 9.67 1.8042 40.34
6 -152.17 -9.67 1.8042 40.34
7 -185.42 -2.00
8 -197.77 -9.00 1.6541 56.52
9 -106.20 -79.64
10 1120.55 -10.00 1.6031 58.77
11 461.73 10.00 1.6031 58.77
12 1120.55 79.64
13 -106.20 9.00 1.6541 56.52
14 -197.77 2.00
15 -185.42 9.67 1.8042 40.34
16 -152.17 20.30
17 64.13 4.25 1.8040 46.58
18 189.21 5.05
19 -83.43 7.00 1.7060 28.56
20 89.39 8.41 1.7264 50.74
21 -287.04 1.00
22 80.68 1.36
23 102.32 5.62 1.8040 46.58
24 4255.70 7.13
25 54.32 18.20 1.8040 46.58
26 -169.08 38.03
27 112.01 28.58 1.6393 53.55
28 -47.40 6.00 1.8052 25.43
29 468.82 12.65
30 299.80 30.00 1.8046 32.49
31 -76.74 0.50
32 173.71 15.00 1.8043 37.45
33 -786.95 24.66
34 -62.97 4.00 1.7339 27.51
35 206.43 35.40
36 -50.06 28.18 1.8040 46.58
37 -75.07 3.00
38 -327.29 23.25 1.8048 29.77
39 -134.69 6.36
40 322.77 18.82 1.8052 25.71
41 19763.06 30.94
像面 0.00
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【符号の説明】
【００５１】
１０１ 光源 １０２ 照明光学系 １０３ 試料 １０４ 結像光学系
１０５ 撮像素子 ＩＭ 中間像 ＡＸ 光軸 Ｇ１ 第１結像光学系
Ｇ２ 第２結像光学系 ＦＬ フィールドレンズ群 Ｌ１ 負レンズ
Ｍ１、Ｍ２ マンジャンミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光束を集光して該物体の中間像を形成する反射屈折部を含む第１結像光学系と、該中間像を像面に結像させる屈折部を含む第２結像光学系を有する反射屈折光学系であって、
前記第１結像光学系は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子と、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光路中に負レンズとを有し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は互いに裏面反射部が対向するように配置されており、
前記物体からの光束は、順に前記第１の光学素子の光透過部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第１の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の光透過部を介した後に前記第２結像光学系側に出射しており、前記負レンズの材料のアッベ数は前記第２の光学素子の材料のアッベ数よりも大きいことを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項２】
前記負レンズの材料のアッベ数をνｎ、前記第２の光学素子の材料のアッベ数をν２とするとき
０．５＜ν２／νｎ＜１．０
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の反射屈折光学系。
【請求項３】
前記負レンズのパワーをφｎ、前記第１結像光学系のパワーをφ１とするとき
０．１０＜｜φｎ／φ１｜＜０．３０
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射屈折光学系。
【請求項４】
前記第１の光学素子は物体側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力を有し、前記負レンズは物体側の面が凹でメニスカス形状であり、前記第２の光学素子は像面側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射屈折光学系。
【請求項５】
前記第１の光学素子の物体側と像面側の面の曲率半径を各々ｒ１、ｒ２とするとき
０．４０＜ｒ１／ｒ２＜１．００
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項の反射屈折光学系。
【請求項６】
光源手段と、前記光源手段からの光束で物体を照明する照明光学系と、該物体を結像する請求項１乃至５のいずれか１項の反射屈折光学系と該反射屈折光学系によって結像された物体像を光電変換する撮像素子と、該撮像素子からのデータより画像情報を生成する画像処理系とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記物体における視野領域がφ３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６の撮像装置。
【請求項１】
物体からの光束を集光して該物体の中間像を形成する反射屈折部を含む第１結像光学系と、該中間像を像面に結像させる屈折部を含む第２結像光学系を有する反射屈折光学系であって、
前記第１結像光学系は、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち物体側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第１の光学素子と、光軸周辺が光透過部、周辺部のうち像側の面に反射膜を施し、裏面反射部とした第２の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光路中に負レンズとを有し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は互いに裏面反射部が対向するように配置されており、
前記物体からの光束は、順に前記第１の光学素子の光透過部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第１の光学素子の裏面反射部、前記負レンズ、前記第２の光学素子の光透過部を介した後に前記第２結像光学系側に出射しており、前記負レンズの材料のアッベ数は前記第２の光学素子の材料のアッベ数よりも大きいことを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項２】
前記負レンズの材料のアッベ数をνｎ、前記第２の光学素子の材料のアッベ数をν２とするとき
０．５＜ν２／νｎ＜１．０
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の反射屈折光学系。
【請求項３】
前記負レンズのパワーをφｎ、前記第１結像光学系のパワーをφ１とするとき
０．１０＜｜φｎ／φ１｜＜０．３０
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射屈折光学系。
【請求項４】
前記第１の光学素子は物体側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力を有し、前記負レンズは物体側の面が凹でメニスカス形状であり、前記第２の光学素子は像面側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射屈折光学系。
【請求項５】
前記第１の光学素子の物体側と像面側の面の曲率半径を各々ｒ１、ｒ２とするとき
０．４０＜ｒ１／ｒ２＜１．００
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項の反射屈折光学系。
【請求項６】
光源手段と、前記光源手段からの光束で物体を照明する照明光学系と、該物体を結像する請求項１乃至５のいずれか１項の反射屈折光学系と該反射屈折光学系によって結像された物体像を光電変換する撮像素子と、該撮像素子からのデータより画像情報を生成する画像処理系とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記物体における視野領域がφ３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５０２４５（Ｐ２０１２−１５０２４５Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３７０（Ｐ２０１１−８３７０）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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