反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置
【課題】可視光全域に渡って諸収差を良好に補正した広い撮像領域に渡って高い解像力を有する反射屈折光学系を得ること。
【解決手段】物体側から順に、該物体側の面が凸形状で光軸周辺に設けられた正屈折力の光透過部と光透過部より外周側の物体側の面が反射面である裏面反射部とを有する第１の光学素子と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状で光軸周辺の負屈折力の光透過部と光透過部より外周側で像面側の面が反射面である裏面反射部とを有する第２の光学素子とを有し、第２の光学素子の物体側と像側の面の曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂ、第２の光学素子の光軸上の厚さをｔ、第２の光学素子の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとし、１/（｜ＲＭ２ｂ｜/２）−１/（｜ＲＭ２ａ｜+ｔ）＝１/ｓ’、｛（ｓ’−ｔ）ｘＮｄ｝/（Ｎｄ+１）＝Ｒａｐｌとおいたとき、Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２を満足する。
【解決手段】物体側から順に、該物体側の面が凸形状で光軸周辺に設けられた正屈折力の光透過部と光透過部より外周側の物体側の面が反射面である裏面反射部とを有する第１の光学素子と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状で光軸周辺の負屈折力の光透過部と光透過部より外周側で像面側の面が反射面である裏面反射部とを有する第２の光学素子とを有し、第２の光学素子の物体側と像側の面の曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂ、第２の光学素子の光軸上の厚さをｔ、第２の光学素子の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとし、１/（｜ＲＭ２ｂ｜/２）−１/（｜ＲＭ２ａ｜+ｔ）＝１/ｓ’、｛（ｓ’−ｔ）ｘＮｄ｝/（Ｎｄ+１）＝Ｒａｐｌとおいたとき、Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体を拡大し、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すべて取り込むまでに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、病理標本を複数の領域に分けて複数回撮像して複数の画像を取得し、それらを繋げることで一枚の画像とする必要がある。そこで、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、顕微鏡には広い撮像領域を有する光学系を使うことが求められている。さらに、この光学系には可視領域での高い解像力を有することが求められている。
【０００４】
特許文献１は、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屈折光学系を開示している。特許文献２は、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に可視光全域に渡って高い解像力を有した反射屈折光学系を開示している。また、特許文献３は、広い領域に微細なパターンを紫外線波長域の光を用いて露光し、半導体素子を製造するのに好適な反射屈折光学系を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】ＷＯ００／３９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光学系は、可視光全域に渡って諸収差を良好に低減しているが、撮像領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献２の光学系は可視光全域に渡って諸収差を良好に低減し、高い解像力を有しているものの撮像領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献３の光学系は広い領域に渡って高い解像力を有するものの、諸収差を良好に補正している波長領域が可視光全域に渡っておらず、十分でない。
【０００７】
そこで、本発明は、可視光全域に渡って諸収差を良好に補正した広い撮像領域に渡って高い解像力を有する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】
【０００８】
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と、該中間像が形成される位置に配置されたフィールドレンズ部と、該中間像を像面に結像させる屈折部を有し、該反射屈折部は、該物体側から順に、該物体側の面が凸形状で光軸周辺に設けられた正の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該物体側の面が反射面である裏面反射部とを有する第１の光学素子と、該物体側に凹面を向けたメニスカス形状で光軸周辺に設けられた負の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該像面側の面が反射面である裏面反射部とを有する第２の光学素子とを有し、該第１の光学素子の裏面反射部の反射面と該第２の光学素子の裏面反射部の反射面とが向き合うように配置されており、該物体からの光束は、順に該第１の光学素子の光透過部、該第２の光学素子の裏面反射部、該第１の光学素子の裏面反射部、該第２の光学素子の光透過部を介して、該フィールドレンズ部側へ出射しており、該第２の光学素子の該物体側と該像面側の面の曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂ、該第２の光学素子の光軸上の厚さをｔ、該第２の光学素子の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとし、
【０００９】
【数１】
【００１０】
とおいたとき、
Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２
なる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可視光全域に渡って諸収差を良好に補正し、広い撮像領域に渡って高い解像力を有する持つ反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の撮像装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図３】本発明の実施例１の反射屈折光学系の横収差図である。
【図４】本発明の実施例２の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図５】本発明の実施例２の反射屈折光学系の横収差図である。
【図６】本発明の実施例３の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図７】本発明の実施例３の反射屈折光学系の横収差図である。
【図８】本発明の実施例４の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図９】本発明の実施例４の反射屈折光学系の横収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示す通り、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ＣＡＴと、中間像ＩＭが形成される位置に配置されたフィールドレンズ部ＦＬとを有する。更に中間像ＩＭを像面（撮像素子１０５）に結像させる屈折部ＤＩＯを有する。また、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を有する。更に反射屈折光学系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とを有する。
【００１４】
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の横収差図である。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の横収差図である。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の横収差図である。図８は本発明の反射屈折光学系の実施例４の要部概略図である。図９は本発明の反射屈折光学系の実施例４の横収差図である。
【００１５】
横収差図は、試料１０３上で収差を計算した結果を、ミリメートル単位で、中心波長５８７．６ｎｍ、波長６５６．３ｎｍ、波長４８６．１ｎｍ、波長４３５．８ｎｍに関して示した。
【００１６】
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。撮像装置１０００は、光源（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。結像光学系１０４は、試料（物体）１０３の像を撮像素子１０５上に結像する反射屈折光学系より成っている。撮像素子１０５で取得した信号（画像情報）から画像処理系１０６によって画像データを生成し、生成した画像データをディスプレイ（表示手段）１０７などに表示する。画像処理系１０６では結像光学系１０４で補正しきれなかった収差を補正する、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するなど用途に応じた処理が行われる。
【００１７】
図２、４、６、８に示すように、各実施例の反射屈折光学系１０４は、試料（物体）１０３の光束を集光し、所定面に中間像ＩＭを形成する反射面と屈折面を含む反射屈折部ＣＡＴを有する。更に、中間像ＩＭからの光束を集光し、後述する屈折部ＤＩＯ方向へ導光するフィールドレンズ部ＦＬを有し、中間像ＩＭを撮像素子（像面）１０５に結像する屈折部ＤＩＯを有する。
【００１８】
反射屈折光学系１０４を構成する反射屈折部ＣＡＴは、物体側から順に、第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２を少なくとも有する。第１の光学素子Ｍ１は、試料１０３側（物体側）の面Ｍ１ａが凸形状で光軸周辺が正の屈折力の光透過部Ｍ１Ｔと、その外周側に試料１０３側の面Ｍ１ａに反射面（例えばアルミや銀等の反射膜）が施された裏面反射部を有する。第２の光学素子Ｍ２は、試料１０３側に凹面を向け、メニスカス形状で光軸周辺が負の屈折力の光透過部Ｍ２Ｔと、その外周側に撮像素子１０５側（像面側）の面Ｍ２ｂに反射面（例えばアルミや銀等の反射膜）が施された裏面反射部を有する。第１の光学素子Ｍ１の裏面反射部の反射面と第２の光学素子Ｍ２の裏面反射部の反射面が向き合うように配置されている。
【００１９】
屈折部ＤＩＯは、試料１０３からの光束のうち面Ｍ１ａや面Ｍ２ｂで反射されずに直接光透過部を通過してきた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ＳＨを有する。このとき遮光する領域を大きくすると結像性を悪化させてしまうため、なるべく遮光する割合（以後この割合を遮光率とする）を低くすることが重要である。
【００２０】
各実施例の反射屈折光学系１０４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の光透過部Ｍ１Ｔを通過する。その後、第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａに入射し、その後裏面Ｍ２ｂで反射し、反射面Ｍ２ａ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Ｍ１ａで反射する。そして屈折面Ｍ１ｂを通過し、第２の光学素子Ｍ２の光透過部Ｍ２Ｔを通過して通過してフィールドレンズ部ＦＬ側へ出射し、試料１０３の中間像ＩＭを形成する。中間像ＩＭは、フィールドレンズ部ＦＬを構成するレンズ内部に形成される。中間像ＩＭは、複数の屈折光学素子を含む屈折部ＤＩＯによって撮像素子１０５上に拡大結像される。撮像素子１０５に結像された試料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。
【００２１】
各実施例において、第２の光学素子Ｍ２の物体側と像側の面Ｍ２ａ、Ｍ２ｂの曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂとする。第２の光学素子Ｍ２の光軸上の厚さをｔとする。第２の光学素子Ｍ２の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとする。そして
【００２２】
【数２】
【００２３】
とおいたとき、
Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２ ・・・（１）
なる条件を満足するのが良い。
【００２４】
また第２の光学素子Ｍ２の硝材のアッベ数をνＭ２とする。このとき
νＭ２＞４０ ・・・（２）
なる条件を満足している。
【００２５】
条件式（１）は、第２の光学素子Ｍ２の物体側の面Ｍ２ａに強い負の屈折力を持たせても収差の発生を抑制し、広い波長領域に渡って収差を低減するためのものである。第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａの強い負の屈折力により強い発散作用を持たせることは、以下に示すような光学効果を得るためにも重要である。
・正レンズ作用の第１の光学素子Ｍ１の中心付近の光透過部を有効径と比較して相対的に小さくすることができ、遮光率を低く抑えることができる。
・反射屈折部ＣＡＴと屈折部ＤＩＯの軸上色収差を相殺することができるため、屈折部ＤＩＯの凸レンズパワー（正レンズの屈折力）を強くすることができ、全長の短縮が容易になる。
【００２６】
ここで（ａ１）式は、反射面Ｍ２ｂに対する結像関係の式であり、物点が屈折面Ｍ２ａの曲率中心にあり、像点が反射面Ｍ２ｂから距離Ｓ’の位置にあることを表している。（ａ２）式は、反射面Ｍ２ｂから距離Ｓ’の位置にある虚像の物点に対し、屈折面Ｍ２ａがアプラナティックな条件となるための曲率半径Ｒａｐｌを示している。
【００２７】
条件式（１）は、屈折面Ｍ２ａがアプラナティックな条件となるための曲率半径Ｒａｐｌからどの程度外れて良いかを示している。条件式（１）である程度幅があるのは、他の面で発生する収差とのバランスを取るためであり、第１の光学素子Ｍ１とバランスを取るためにも条件式（１）を満たすことが好ましい。条件式（１）を満たさないと第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａで大きな収差が発生し、広い波長領域に渡って収差を抑制することが困難となる。
【００２８】
条件式（２）は、第２の光学素子Ｍ２の硝材を低分散にすることで、２次の軸上色収差を低減するためのものである。通常の屈折光学系では、物体を結像させるために正レンズのパワーを負レンズのパワーより強くしなければならない。そのため、正レンズに低分散の硝材、負レンズに高分散の硝材を用いることによって色収差の補正を行っている。このとき、低分散の硝材と高分散の硝材で波長に対する屈折率変化の割合が違うため、２次の色収差となって現れる。一方、本実施例に係る反射屈折光学系では、第２の光学素子Ｍ２の負の屈折面Ｍ２ａのパワー（屈折力）を大きくしても、色収差の生じない反射面Ｍ２ｂのパワーを強くすることで結像させることができる。このため、第２の光学素子Ｍ２の硝材に低分散の（アッベ数の大きな）硝材を用いることで、２次の軸上色収差を低減することができる。条件式（２）を満たさないと２次の軸上色収差を低減することができず、広い波長領域に渡って収差を抑制することが困難となる。
【００２９】
各実施例では（ａ１）、（ａ２）、条件式（１）の３つの式を満たすことによって、以下に示すような屈折面Ｍ２ａでの収差が抑えられた構成とすることができる。
・最初に屈折面Ｍ２ａに入射する光線がほぼ０度で入射する。
・反射面Ｍ２ｂによって反射された光線が屈折面Ｍ２ａから射出する際、屈折面Ｍ２ａの曲率半径がアプラナティックな条件となっている。
【００３０】
各実施例において最も有効径の大きな屈折面Ｍ２ａで収差を低減することにより、広い波長領域に渡って収差を低減するのを容易にしている。
【００３１】
更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値を次の如く設定するのが良い。
Ｒａｐｌ×０．９＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．１ ・・・（１ａ）
νＭ２＞５０ ・・・（２ａ）
また、第２の光学素子Ｍ２の反射面は非球面形状を有し、光透過部Ｍ２Ｔ側から外周側にかけて曲率が緩やかになっていくことが好ましい。このように設定することで、色収差の発生を低減し、球面収差を良好に補正している。
【００３２】
［実施例１］
図２は、本発明の実施例１における反射屈折光学系１０４Ａの要部断面図である。実施例１の反射屈折光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、結像倍率は１０倍、試料１０３の物体高はφ１４ｍｍであり、反射屈折部ＣＡＴに開口絞りＡＳが配置されている。反射屈折部ＣＡＴに開口絞りＡＳを配置することによって、屈折部に配置する場合と比べて絞り径が大きくなってしまう半面、瞳の歪みを低減することができる。
【００３３】
光学系１０４Ａは、物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差の最悪値が５０ｍλ（ｒｍｓ）以下に抑えられている。
【００３４】
［実施例２］
図４は、本発明の実施例２における反射屈折光学系１０４Ｂの要部断面図である。図４において図２と同じ部材には同符号を付している。実施例２の構成は実施例１と略同じである。
【００３５】
実施例２の光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、結像倍率は４倍、試料１０３の物体高はφ２０ｍｍであり、実施例１と違い屈折部ＤＩＯに開口絞りＡＳが配置されている。物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差最悪値が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３６】
［実施例３］
図６は、本発明の実施例３における反射屈折光学系１０４Ｃの要部断面図である。図６において、図２と同じ部材には同符号を付している。実施例３の構成は実施例１と略同じである。
【００３７】
実施例３の光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、結像倍率は６倍、試料１０３の物体高はφ１７．５ｍｍであり、実施例１と違い屈折部ＤＩＯに開口絞りＡＳが配置されている。物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差最悪値が１００ｍλ（ｒｍｓ）以下に抑えられている。
【００３８】
［実施例４］
図８は、本発明の実施例４における反射屈折光学系１０４Ｄの要部断面図である。図８において、図２と同じ部材には同符号を付している。実施例４は実施例１に比べて反射屈折部ＣＡＴの構成が異なっている。実施例４は反射屈折部ＣＡＴを構成する第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２との間に平行平板ＰＬを設けている。
試料１０３からの光束は、平行平板ＰＬを２回通過してフィールドレンズ部ＦＬ側へ出射する。
【００３９】
本実施例では、平行平板ＰＬの中心に遮光板ＳＨを配置することによって、光軸近傍の光束を屈折部ＤＩＯに到達する前に遮光している。このことによって、屈折部ＤＩＯ内で発生する不要光を減らすことができる。
【００４０】
また、平行平板ＰＬを傾ける機構を備えることによって、組み立て時に発生するレンズの偏心によるコマ収差を調整することができる。
【００４１】
実施例４の光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、倍率は４倍、資料１０３の物体高はφ２０ｍｍであり、実施例１と違い屈折部ＤＩＯに開口絞りＡＳが配置されている。物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差最悪値が５０ｍλ（ｒｍｓ）以下に抑えられている。
【００４２】
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、本発明はスキャンすることで大きな試料を撮像する撮像装置にも、スキャンせずに試料を撮像する撮像装置にも適用可能である。
【００４３】
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学面の順番である。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（光が近行するときを）正、逆方向を負としている）。
【００４４】
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。
【００４５】
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、ｉ・・・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。
【００４６】
【数３】
【００４７】
「Ｅ−Ｘ」は「１０−Ｘ」を意味する。前述した各条件式と数値実施例との関係を表−１に示す。
【００４８】
（数値実施例１）
Ｒａｐｌ＝87.52
ＲＭ２ａ＝-87.05
νＭ２＝40.75
面番号 r d Nd νd
物体面 5.31
1 572.96 11.74 1.52 64.14
2 -3971.93 70.93
3 -87.05 7.37 1.58 40.75
4 -115.96 -7.37 1.58 40.75
5 -87.05 -60.93
6 絞り -10.00
7 -3971.93 -11.74 1.52 64.14
8 572.96 11.74 1.52 64.14
9 -3971.93 70.93
10 -87.05 7.37 1.58 40.75
11 -115.96 4.40
12 -280.62 7.55 1.73 45.75
13 -24.25 5.00 1.76 27.58
14 -63.13 0.50
15 44.30 8.03 1.62 60.32
16 -134.04 15.13
17 64.29 14.17 1.56 58.80
18 -57.90 20.93
19 -26.52 5.00 1.70 33.94
20 -60.24 3.37
21 2035.38 15.68 1.63 35.46
22 -70.44 0.89
23 117.93 21.53 1.68 39.58
24 -74.17 0.50
25 56.79 12.02 1.74 30.97
26 177.00 3.06
27 165.39 5.00 1.76 27.58
28 53.42 40.67
29 -38.60 5.00 1.76 27.58
30 -229.85 13.99
31 -35.70 5.00 1.76 27.58
32 -181.79 11.22
33 -143.30 22.66 1.52 53.64
34 -56.43 23.57
35 -219.04 17.88 1.75 34.24
36 -110.37 1.09
37 -4269.61 17.81 1.63 57.69
38 -282.70 3.00
像面
【００４９】
【表１】
【００５０】
（数値実施例２）
Ｒａｐｌ＝147.19
ＲＭ２ａ＝-118.31
νＭ２＝70.24
面番号 r d Nd νd
物体面 13.39
1 736.61 24.08 1.49 70.24
2 -9661.75 97.67
3 -118.31 9.38 1.49 70.24
4 -170.29 -9.38 1.49 70.24
5 -118.31 -97.67
6 -9661.75 -24.08 1.49 70.24
7 736.61 24.08 1.49 70.24
8 -9661.75 97.67
9 -118.31 9.38 1.49 70.24
10 -170.29 10.00
11 -458.41 5.89 1.64 58.37
12 -119.83 3.29
13 -54.79 5.00 1.65 33.79
14 -998.82 11.55 1.62 60.25
15 -54.52 0.73
16 79.77 7.04 1.62 60.29
17 483.74 34.05
18 59.02 11.53 1.76 40.10
19 109.31 0.50
20 65.70 20.52 1.49 70.35
21 -118.81 26.00
22 絞り 18.84
23 -49.26 33.31 1.81 25.43
24 -79.27 0.50
25 122.53 26.67 1.64 55.38
26 -86.46 0.50
27 57.90 15.51 1.49 70.35
28 78.67 17.39
29 -124.44 5.74 1.57 42.86
30 58.49 15.64
31 -147.56 8.96 1.76 47.82
32 -75.81 11.90
33 -59.72 8.10 1.60 38.03
34 272.55 9.12
35 -178.62 19.27 1.72 34.72
36 -68.40 0.50
37 1362.89 16.90 1.51 60.49
38 -142.77 10.50
像面
【００５１】
【表２】
【００５２】
（数値実施例３）
Ｒａｐｌ＝142.21
ＲＭ２ａ＝-167.82
νＭ２＝52.43
面番号 r d Nd νd
物体面 13.72
1 770.39 22.33 1.52 58.90
2 2378.98 111.82
3 -167.82 11.37 1.52 52.43
4 -207.81 -11.37 1.52 52.43
5 -167.82 -111.82
6 2378.98 -22.33 1.52 58.90
7 770.39 22.33 1.52 58.90
8 2378.98 111.82
9 -167.82 11.37 1.52 52.43
10 -207.81 5.32
11 -93.86 16.27 1.74 44.85
12 -69.67 8.31
13 -61.43 9.19 1.76 27.58
14 144.61 9.27 1.63 57.85
15 -53.51 0.50
16 47.71 14.72 1.62 60.32
17 140.40 11.60
18 57.13 21.31 1.70 48.31
19 -40.24 6.48 1.67 32.07
20 -89.71 16.86
21 絞り 13.99
22 -32.96 5.71 1.51 60.74
23 -270.01 8.97
24 -379.49 14.34 1.75 28.15
25 -67.23 1.24
26 211.55 19.56 1.58 57.81
27 -76.67 0.52
28 59.11 17.64 1.62 60.34
29 1974.65 6.99
30 -254.08 5.06 1.76 27.58
31 66.65 17.14
32 -70.16 8.91 1.74 37.46
33 -47.20 4.82
34 -41.79 5.00 1.51 63.55
35 327.69 20.12
36 -38.88 6.83 1.76 27.58
37 -156.16 4.60
38 -158.31 22.61 1.74 42.70
39 -61.08 0.76
40 353.15 19.11 1.69 49.27
41 -226.39 17.00
像面
【００５３】
【表３】
【００５４】
（数値実施例４）
Ｒａｐｌ＝145.96
ＲＭ２ａ＝-122.05
νＭ２＝52.43
面番号 r d Nd νd
物体面 13.39
1 819.00 16.40 1.49 70.24
2 -3201.41 28.35
3 ∞ 13.97 1.49 70.24
4 ∞ 68.55
5 -122.05 9.54 1.52 52.43
6 -172.82 -9.54 1.52 52.43
7 -122.05 -68.55
8 ∞ -13.97 1.49 70.24
9 ∞ -28.35
10 -3201.41 -16.40 1.49 70.24
11 819.00 16.40 1.49 70.24
12 -3201.41 28.35
13 ∞ 13.97 1.49 70.24
14 ∞ 68.55
15 -122.05 9.54 1.52 52.43
16 -172.82 10.00
17 126.58 6.22 1.74 44.85
18 -950.12 9.32
19 -64.86 5.00 1.68 31.36
20 537.54 8.74 1.62 60.32
21 -56.79 0.50
22 82.22 7.50 1.49 70.41
23 635.34 23.00
24 64.84 14.27 1.69 49.87
25 618.89 5.01 1.76 27.58
26 709.49 10.48
27 -96.82 8.38 1.75 34.46
28 -68.50 28.14
29 絞り 48.00
30 -577.36 14.75 1.74 44.85
31 -104.66 0.50
32 116.63 19.70 1.74 44.85
33 -222.26 0.50
34 65.69 7.94 1.76 27.58
35 70.78 13.16
36 -483.66 5.00 1.74 28.39
37 53.97 51.45
38 -43.90 5.00 1.62 36.83
39 -429.14 6.13
40 -138.53 17.04 1.74 44.50
41 -58.87 0.50
42 357.86 13.06 1.74 44.85
43 -313.15 10.50
像面
【００５５】
【表４】
【００５６】
【表５】
【符号の説明】
【００５７】
１０１ 光源
１０２ 照明光学系
１０３ 試料
１０４ 反射屈折光学系
１０５ 撮像素子
ＩＭ 中間像
ＣＡＴ 反射屈折部
ＦＬ フィールドレンズ部
ＤＩＯ 屈折部
Ｍ１ 第１の光学素子
Ｍ２ 第２の光学素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体を拡大し、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すべて取り込むまでに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、病理標本を複数の領域に分けて複数回撮像して複数の画像を取得し、それらを繋げることで一枚の画像とする必要がある。そこで、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、顕微鏡には広い撮像領域を有する光学系を使うことが求められている。さらに、この光学系には可視領域での高い解像力を有することが求められている。
【０００４】
特許文献１は、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屈折光学系を開示している。特許文献２は、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に可視光全域に渡って高い解像力を有した反射屈折光学系を開示している。また、特許文献３は、広い領域に微細なパターンを紫外線波長域の光を用いて露光し、半導体素子を製造するのに好適な反射屈折光学系を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】ＷＯ００／３９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光学系は、可視光全域に渡って諸収差を良好に低減しているが、撮像領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献２の光学系は可視光全域に渡って諸収差を良好に低減し、高い解像力を有しているものの撮像領域の大きさが必ずしも十分でない。また、特許文献３の光学系は広い領域に渡って高い解像力を有するものの、諸収差を良好に補正している波長領域が可視光全域に渡っておらず、十分でない。
【０００７】
そこで、本発明は、可視光全域に渡って諸収差を良好に補正した広い撮像領域に渡って高い解像力を有する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】
【０００８】
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と、該中間像が形成される位置に配置されたフィールドレンズ部と、該中間像を像面に結像させる屈折部を有し、該反射屈折部は、該物体側から順に、該物体側の面が凸形状で光軸周辺に設けられた正の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該物体側の面が反射面である裏面反射部とを有する第１の光学素子と、該物体側に凹面を向けたメニスカス形状で光軸周辺に設けられた負の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該像面側の面が反射面である裏面反射部とを有する第２の光学素子とを有し、該第１の光学素子の裏面反射部の反射面と該第２の光学素子の裏面反射部の反射面とが向き合うように配置されており、該物体からの光束は、順に該第１の光学素子の光透過部、該第２の光学素子の裏面反射部、該第１の光学素子の裏面反射部、該第２の光学素子の光透過部を介して、該フィールドレンズ部側へ出射しており、該第２の光学素子の該物体側と該像面側の面の曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂ、該第２の光学素子の光軸上の厚さをｔ、該第２の光学素子の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとし、
【０００９】
【数１】
【００１０】
とおいたとき、
Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２
なる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可視光全域に渡って諸収差を良好に補正し、広い撮像領域に渡って高い解像力を有する持つ反射屈折光学系及びそれを有する撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の撮像装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図３】本発明の実施例１の反射屈折光学系の横収差図である。
【図４】本発明の実施例２の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図５】本発明の実施例２の反射屈折光学系の横収差図である。
【図６】本発明の実施例３の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図７】本発明の実施例３の反射屈折光学系の横収差図である。
【図８】本発明の実施例４の反射屈折光学系の要部概略図である。
【図９】本発明の実施例４の反射屈折光学系の横収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示す通り、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ＣＡＴと、中間像ＩＭが形成される位置に配置されたフィールドレンズ部ＦＬとを有する。更に中間像ＩＭを像面（撮像素子１０５）に結像させる屈折部ＤＩＯを有する。また、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を有する。更に反射屈折光学系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とを有する。
【００１４】
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の横収差図である。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の横収差図である。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の横収差図である。図８は本発明の反射屈折光学系の実施例４の要部概略図である。図９は本発明の反射屈折光学系の実施例４の横収差図である。
【００１５】
横収差図は、試料１０３上で収差を計算した結果を、ミリメートル単位で、中心波長５８７．６ｎｍ、波長６５６．３ｎｍ、波長４８６．１ｎｍ、波長４３５．８ｎｍに関して示した。
【００１６】
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。撮像装置１０００は、光源（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。結像光学系１０４は、試料（物体）１０３の像を撮像素子１０５上に結像する反射屈折光学系より成っている。撮像素子１０５で取得した信号（画像情報）から画像処理系１０６によって画像データを生成し、生成した画像データをディスプレイ（表示手段）１０７などに表示する。画像処理系１０６では結像光学系１０４で補正しきれなかった収差を補正する、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するなど用途に応じた処理が行われる。
【００１７】
図２、４、６、８に示すように、各実施例の反射屈折光学系１０４は、試料（物体）１０３の光束を集光し、所定面に中間像ＩＭを形成する反射面と屈折面を含む反射屈折部ＣＡＴを有する。更に、中間像ＩＭからの光束を集光し、後述する屈折部ＤＩＯ方向へ導光するフィールドレンズ部ＦＬを有し、中間像ＩＭを撮像素子（像面）１０５に結像する屈折部ＤＩＯを有する。
【００１８】
反射屈折光学系１０４を構成する反射屈折部ＣＡＴは、物体側から順に、第１の光学素子Ｍ１と第２の光学素子Ｍ２を少なくとも有する。第１の光学素子Ｍ１は、試料１０３側（物体側）の面Ｍ１ａが凸形状で光軸周辺が正の屈折力の光透過部Ｍ１Ｔと、その外周側に試料１０３側の面Ｍ１ａに反射面（例えばアルミや銀等の反射膜）が施された裏面反射部を有する。第２の光学素子Ｍ２は、試料１０３側に凹面を向け、メニスカス形状で光軸周辺が負の屈折力の光透過部Ｍ２Ｔと、その外周側に撮像素子１０５側（像面側）の面Ｍ２ｂに反射面（例えばアルミや銀等の反射膜）が施された裏面反射部を有する。第１の光学素子Ｍ１の裏面反射部の反射面と第２の光学素子Ｍ２の裏面反射部の反射面が向き合うように配置されている。
【００１９】
屈折部ＤＩＯは、試料１０３からの光束のうち面Ｍ１ａや面Ｍ２ｂで反射されずに直接光透過部を通過してきた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ＳＨを有する。このとき遮光する領域を大きくすると結像性を悪化させてしまうため、なるべく遮光する割合（以後この割合を遮光率とする）を低くすることが重要である。
【００２０】
各実施例の反射屈折光学系１０４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の光透過部Ｍ１Ｔを通過する。その後、第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａに入射し、その後裏面Ｍ２ｂで反射し、反射面Ｍ２ａ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Ｍ１ａで反射する。そして屈折面Ｍ１ｂを通過し、第２の光学素子Ｍ２の光透過部Ｍ２Ｔを通過して通過してフィールドレンズ部ＦＬ側へ出射し、試料１０３の中間像ＩＭを形成する。中間像ＩＭは、フィールドレンズ部ＦＬを構成するレンズ内部に形成される。中間像ＩＭは、複数の屈折光学素子を含む屈折部ＤＩＯによって撮像素子１０５上に拡大結像される。撮像素子１０５に結像された試料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。
【００２１】
各実施例において、第２の光学素子Ｍ２の物体側と像側の面Ｍ２ａ、Ｍ２ｂの曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂとする。第２の光学素子Ｍ２の光軸上の厚さをｔとする。第２の光学素子Ｍ２の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとする。そして
【００２２】
【数２】
【００２３】
とおいたとき、
Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２ ・・・（１）
なる条件を満足するのが良い。
【００２４】
また第２の光学素子Ｍ２の硝材のアッベ数をνＭ２とする。このとき
νＭ２＞４０ ・・・（２）
なる条件を満足している。
【００２５】
条件式（１）は、第２の光学素子Ｍ２の物体側の面Ｍ２ａに強い負の屈折力を持たせても収差の発生を抑制し、広い波長領域に渡って収差を低減するためのものである。第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａの強い負の屈折力により強い発散作用を持たせることは、以下に示すような光学効果を得るためにも重要である。
・正レンズ作用の第１の光学素子Ｍ１の中心付近の光透過部を有効径と比較して相対的に小さくすることができ、遮光率を低く抑えることができる。
・反射屈折部ＣＡＴと屈折部ＤＩＯの軸上色収差を相殺することができるため、屈折部ＤＩＯの凸レンズパワー（正レンズの屈折力）を強くすることができ、全長の短縮が容易になる。
【００２６】
ここで（ａ１）式は、反射面Ｍ２ｂに対する結像関係の式であり、物点が屈折面Ｍ２ａの曲率中心にあり、像点が反射面Ｍ２ｂから距離Ｓ’の位置にあることを表している。（ａ２）式は、反射面Ｍ２ｂから距離Ｓ’の位置にある虚像の物点に対し、屈折面Ｍ２ａがアプラナティックな条件となるための曲率半径Ｒａｐｌを示している。
【００２７】
条件式（１）は、屈折面Ｍ２ａがアプラナティックな条件となるための曲率半径Ｒａｐｌからどの程度外れて良いかを示している。条件式（１）である程度幅があるのは、他の面で発生する収差とのバランスを取るためであり、第１の光学素子Ｍ１とバランスを取るためにも条件式（１）を満たすことが好ましい。条件式（１）を満たさないと第２の光学素子Ｍ２の屈折面Ｍ２ａで大きな収差が発生し、広い波長領域に渡って収差を抑制することが困難となる。
【００２８】
条件式（２）は、第２の光学素子Ｍ２の硝材を低分散にすることで、２次の軸上色収差を低減するためのものである。通常の屈折光学系では、物体を結像させるために正レンズのパワーを負レンズのパワーより強くしなければならない。そのため、正レンズに低分散の硝材、負レンズに高分散の硝材を用いることによって色収差の補正を行っている。このとき、低分散の硝材と高分散の硝材で波長に対する屈折率変化の割合が違うため、２次の色収差となって現れる。一方、本実施例に係る反射屈折光学系では、第２の光学素子Ｍ２の負の屈折面Ｍ２ａのパワー（屈折力）を大きくしても、色収差の生じない反射面Ｍ２ｂのパワーを強くすることで結像させることができる。このため、第２の光学素子Ｍ２の硝材に低分散の（アッベ数の大きな）硝材を用いることで、２次の軸上色収差を低減することができる。条件式（２）を満たさないと２次の軸上色収差を低減することができず、広い波長領域に渡って収差を抑制することが困難となる。
【００２９】
各実施例では（ａ１）、（ａ２）、条件式（１）の３つの式を満たすことによって、以下に示すような屈折面Ｍ２ａでの収差が抑えられた構成とすることができる。
・最初に屈折面Ｍ２ａに入射する光線がほぼ０度で入射する。
・反射面Ｍ２ｂによって反射された光線が屈折面Ｍ２ａから射出する際、屈折面Ｍ２ａの曲率半径がアプラナティックな条件となっている。
【００３０】
各実施例において最も有効径の大きな屈折面Ｍ２ａで収差を低減することにより、広い波長領域に渡って収差を低減するのを容易にしている。
【００３１】
更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値を次の如く設定するのが良い。
Ｒａｐｌ×０．９＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．１ ・・・（１ａ）
νＭ２＞５０ ・・・（２ａ）
また、第２の光学素子Ｍ２の反射面は非球面形状を有し、光透過部Ｍ２Ｔ側から外周側にかけて曲率が緩やかになっていくことが好ましい。このように設定することで、色収差の発生を低減し、球面収差を良好に補正している。
【００３２】
［実施例１］
図２は、本発明の実施例１における反射屈折光学系１０４Ａの要部断面図である。実施例１の反射屈折光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、結像倍率は１０倍、試料１０３の物体高はφ１４ｍｍであり、反射屈折部ＣＡＴに開口絞りＡＳが配置されている。反射屈折部ＣＡＴに開口絞りＡＳを配置することによって、屈折部に配置する場合と比べて絞り径が大きくなってしまう半面、瞳の歪みを低減することができる。
【００３３】
光学系１０４Ａは、物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差の最悪値が５０ｍλ（ｒｍｓ）以下に抑えられている。
【００３４】
［実施例２］
図４は、本発明の実施例２における反射屈折光学系１０４Ｂの要部断面図である。図４において図２と同じ部材には同符号を付している。実施例２の構成は実施例１と略同じである。
【００３５】
実施例２の光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、結像倍率は４倍、試料１０３の物体高はφ２０ｍｍであり、実施例１と違い屈折部ＤＩＯに開口絞りＡＳが配置されている。物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差最悪値が５０ｍλｒｍｓ以下に抑えられている。
【００３６】
［実施例３］
図６は、本発明の実施例３における反射屈折光学系１０４Ｃの要部断面図である。図６において、図２と同じ部材には同符号を付している。実施例３の構成は実施例１と略同じである。
【００３７】
実施例３の光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、結像倍率は６倍、試料１０３の物体高はφ１７．５ｍｍであり、実施例１と違い屈折部ＤＩＯに開口絞りＡＳが配置されている。物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差最悪値が１００ｍλ（ｒｍｓ）以下に抑えられている。
【００３８】
［実施例４］
図８は、本発明の実施例４における反射屈折光学系１０４Ｄの要部断面図である。図８において、図２と同じ部材には同符号を付している。実施例４は実施例１に比べて反射屈折部ＣＡＴの構成が異なっている。実施例４は反射屈折部ＣＡＴを構成する第１、第２の光学素子Ｍ１、Ｍ２との間に平行平板ＰＬを設けている。
試料１０３からの光束は、平行平板ＰＬを２回通過してフィールドレンズ部ＦＬ側へ出射する。
【００３９】
本実施例では、平行平板ＰＬの中心に遮光板ＳＨを配置することによって、光軸近傍の光束を屈折部ＤＩＯに到達する前に遮光している。このことによって、屈折部ＤＩＯ内で発生する不要光を減らすことができる。
【００４０】
また、平行平板ＰＬを傾ける機構を備えることによって、組み立て時に発生するレンズの偏心によるコマ収差を調整することができる。
【００４１】
実施例４の光学系において、物体側の開口数ＮＡは０．７であって、倍率は４倍、資料１０３の物体高はφ２０ｍｍであり、実施例１と違い屈折部ＤＩＯに開口絞りＡＳが配置されている。物体側、像面側ともテレセントリックに構成されており、遮光率が面積比で２割以下と抑えられている。また白色光での波面収差最悪値が５０ｍλ（ｒｍｓ）以下に抑えられている。
【００４２】
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、本発明はスキャンすることで大きな試料を撮像する撮像装置にも、スキャンせずに試料を撮像する撮像装置にも適用可能である。
【００４３】
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学面の順番である。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（光が近行するときを）正、逆方向を負としている）。
【００４４】
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。
【００４５】
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、ｉ・・・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。
【００４６】
【数３】
【００４７】
「Ｅ−Ｘ」は「１０−Ｘ」を意味する。前述した各条件式と数値実施例との関係を表−１に示す。
【００４８】
（数値実施例１）
Ｒａｐｌ＝87.52
ＲＭ２ａ＝-87.05
νＭ２＝40.75
面番号 r d Nd νd
物体面 5.31
1 572.96 11.74 1.52 64.14
2 -3971.93 70.93
3 -87.05 7.37 1.58 40.75
4 -115.96 -7.37 1.58 40.75
5 -87.05 -60.93
6 絞り -10.00
7 -3971.93 -11.74 1.52 64.14
8 572.96 11.74 1.52 64.14
9 -3971.93 70.93
10 -87.05 7.37 1.58 40.75
11 -115.96 4.40
12 -280.62 7.55 1.73 45.75
13 -24.25 5.00 1.76 27.58
14 -63.13 0.50
15 44.30 8.03 1.62 60.32
16 -134.04 15.13
17 64.29 14.17 1.56 58.80
18 -57.90 20.93
19 -26.52 5.00 1.70 33.94
20 -60.24 3.37
21 2035.38 15.68 1.63 35.46
22 -70.44 0.89
23 117.93 21.53 1.68 39.58
24 -74.17 0.50
25 56.79 12.02 1.74 30.97
26 177.00 3.06
27 165.39 5.00 1.76 27.58
28 53.42 40.67
29 -38.60 5.00 1.76 27.58
30 -229.85 13.99
31 -35.70 5.00 1.76 27.58
32 -181.79 11.22
33 -143.30 22.66 1.52 53.64
34 -56.43 23.57
35 -219.04 17.88 1.75 34.24
36 -110.37 1.09
37 -4269.61 17.81 1.63 57.69
38 -282.70 3.00
像面
【００４９】
【表１】
【００５０】
（数値実施例２）
Ｒａｐｌ＝147.19
ＲＭ２ａ＝-118.31
νＭ２＝70.24
面番号 r d Nd νd
物体面 13.39
1 736.61 24.08 1.49 70.24
2 -9661.75 97.67
3 -118.31 9.38 1.49 70.24
4 -170.29 -9.38 1.49 70.24
5 -118.31 -97.67
6 -9661.75 -24.08 1.49 70.24
7 736.61 24.08 1.49 70.24
8 -9661.75 97.67
9 -118.31 9.38 1.49 70.24
10 -170.29 10.00
11 -458.41 5.89 1.64 58.37
12 -119.83 3.29
13 -54.79 5.00 1.65 33.79
14 -998.82 11.55 1.62 60.25
15 -54.52 0.73
16 79.77 7.04 1.62 60.29
17 483.74 34.05
18 59.02 11.53 1.76 40.10
19 109.31 0.50
20 65.70 20.52 1.49 70.35
21 -118.81 26.00
22 絞り 18.84
23 -49.26 33.31 1.81 25.43
24 -79.27 0.50
25 122.53 26.67 1.64 55.38
26 -86.46 0.50
27 57.90 15.51 1.49 70.35
28 78.67 17.39
29 -124.44 5.74 1.57 42.86
30 58.49 15.64
31 -147.56 8.96 1.76 47.82
32 -75.81 11.90
33 -59.72 8.10 1.60 38.03
34 272.55 9.12
35 -178.62 19.27 1.72 34.72
36 -68.40 0.50
37 1362.89 16.90 1.51 60.49
38 -142.77 10.50
像面
【００５１】
【表２】
【００５２】
（数値実施例３）
Ｒａｐｌ＝142.21
ＲＭ２ａ＝-167.82
νＭ２＝52.43
面番号 r d Nd νd
物体面 13.72
1 770.39 22.33 1.52 58.90
2 2378.98 111.82
3 -167.82 11.37 1.52 52.43
4 -207.81 -11.37 1.52 52.43
5 -167.82 -111.82
6 2378.98 -22.33 1.52 58.90
7 770.39 22.33 1.52 58.90
8 2378.98 111.82
9 -167.82 11.37 1.52 52.43
10 -207.81 5.32
11 -93.86 16.27 1.74 44.85
12 -69.67 8.31
13 -61.43 9.19 1.76 27.58
14 144.61 9.27 1.63 57.85
15 -53.51 0.50
16 47.71 14.72 1.62 60.32
17 140.40 11.60
18 57.13 21.31 1.70 48.31
19 -40.24 6.48 1.67 32.07
20 -89.71 16.86
21 絞り 13.99
22 -32.96 5.71 1.51 60.74
23 -270.01 8.97
24 -379.49 14.34 1.75 28.15
25 -67.23 1.24
26 211.55 19.56 1.58 57.81
27 -76.67 0.52
28 59.11 17.64 1.62 60.34
29 1974.65 6.99
30 -254.08 5.06 1.76 27.58
31 66.65 17.14
32 -70.16 8.91 1.74 37.46
33 -47.20 4.82
34 -41.79 5.00 1.51 63.55
35 327.69 20.12
36 -38.88 6.83 1.76 27.58
37 -156.16 4.60
38 -158.31 22.61 1.74 42.70
39 -61.08 0.76
40 353.15 19.11 1.69 49.27
41 -226.39 17.00
像面
【００５３】
【表３】
【００５４】
（数値実施例４）
Ｒａｐｌ＝145.96
ＲＭ２ａ＝-122.05
νＭ２＝52.43
面番号 r d Nd νd
物体面 13.39
1 819.00 16.40 1.49 70.24
2 -3201.41 28.35
3 ∞ 13.97 1.49 70.24
4 ∞ 68.55
5 -122.05 9.54 1.52 52.43
6 -172.82 -9.54 1.52 52.43
7 -122.05 -68.55
8 ∞ -13.97 1.49 70.24
9 ∞ -28.35
10 -3201.41 -16.40 1.49 70.24
11 819.00 16.40 1.49 70.24
12 -3201.41 28.35
13 ∞ 13.97 1.49 70.24
14 ∞ 68.55
15 -122.05 9.54 1.52 52.43
16 -172.82 10.00
17 126.58 6.22 1.74 44.85
18 -950.12 9.32
19 -64.86 5.00 1.68 31.36
20 537.54 8.74 1.62 60.32
21 -56.79 0.50
22 82.22 7.50 1.49 70.41
23 635.34 23.00
24 64.84 14.27 1.69 49.87
25 618.89 5.01 1.76 27.58
26 709.49 10.48
27 -96.82 8.38 1.75 34.46
28 -68.50 28.14
29 絞り 48.00
30 -577.36 14.75 1.74 44.85
31 -104.66 0.50
32 116.63 19.70 1.74 44.85
33 -222.26 0.50
34 65.69 7.94 1.76 27.58
35 70.78 13.16
36 -483.66 5.00 1.74 28.39
37 53.97 51.45
38 -43.90 5.00 1.62 36.83
39 -429.14 6.13
40 -138.53 17.04 1.74 44.50
41 -58.87 0.50
42 357.86 13.06 1.74 44.85
43 -313.15 10.50
像面
【００５５】
【表４】
【００５６】
【表５】
【符号の説明】
【００５７】
１０１ 光源
１０２ 照明光学系
１０３ 試料
１０４ 反射屈折光学系
１０５ 撮像素子
ＩＭ 中間像
ＣＡＴ 反射屈折部
ＦＬ フィールドレンズ部
ＤＩＯ 屈折部
Ｍ１ 第１の光学素子
Ｍ２ 第２の光学素子
【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と、該中間像が形成される位置に配置されたフィールドレンズ部と、該中間像を像面に結像させる屈折部を有する反射屈折光学系であって、
該反射屈折部は、該物体側から順に、該物体側の面が凸形状で光軸周辺に設けられた正の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該物体側の面が反射面である裏面反射部とを有する第１の光学素子と、該物体側に凹面を向けたメニスカス形状で光軸周辺に設けられた負の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該像面側の面が反射面である裏面反射部とを有する第２の光学素子とを有し、該第１の光学素子の裏面反射部の反射面と該第２の光学素子の裏面反射部の反射面とが向き合うように配置されており、
該物体からの光束は、順に該第１の光学素子の光透過部、該第２の光学素子の裏面反射部、該第１の光学素子の裏面反射部、該第２の光学素子の光透過部を介して、該フィールドレンズ部側へ出射しており、
該第２の光学素子の該物体側と該像面側の面の曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂ、該第２の光学素子の光軸上の厚さをｔ、該第２の光学素子の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとし、
【数１】
とおいたとき、
Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２
なる条件を満足することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項２】
前記第２の光学素子の硝材のアッベ数をνＭ２とするとき、
νＭ２＞４０
なる条件を満足する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】
前記第２の光学素子の裏面反射部の反射面は非球面形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の反射屈折光学系。
【請求項４】
前記物体側と前記像面側はテレセントリックに構成され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】
前記反射屈折部に開口絞りを配置した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項に記載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、該撮像素子からの信号を用いて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と、該中間像が形成される位置に配置されたフィールドレンズ部と、該中間像を像面に結像させる屈折部を有する反射屈折光学系であって、
該反射屈折部は、該物体側から順に、該物体側の面が凸形状で光軸周辺に設けられた正の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該物体側の面が反射面である裏面反射部とを有する第１の光学素子と、該物体側に凹面を向けたメニスカス形状で光軸周辺に設けられた負の屈折力の光透過部と該光透過部より外周側に設けられた該像面側の面が反射面である裏面反射部とを有する第２の光学素子とを有し、該第１の光学素子の裏面反射部の反射面と該第２の光学素子の裏面反射部の反射面とが向き合うように配置されており、
該物体からの光束は、順に該第１の光学素子の光透過部、該第２の光学素子の裏面反射部、該第１の光学素子の裏面反射部、該第２の光学素子の光透過部を介して、該フィールドレンズ部側へ出射しており、
該第２の光学素子の該物体側と該像面側の面の曲率半径を各々ＲＭ２ａ、ＲＭ２ｂ、該第２の光学素子の光軸上の厚さをｔ、該第２の光学素子の材料の波長５８７．６ｎｍでの屈折率をＮｄとし、
【数１】
とおいたとき、
Ｒａｐｌ×０．８＜｜ＲＭ２ａ｜＜Ｒａｐｌ×１．２
なる条件を満足することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項２】
前記第２の光学素子の硝材のアッベ数をνＭ２とするとき、
νＭ２＞４０
なる条件を満足する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】
前記第２の光学素子の裏面反射部の反射面は非球面形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の反射屈折光学系。
【請求項４】
前記物体側と前記像面側はテレセントリックに構成され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】
前記反射屈折部に開口絞りを配置した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項に記載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、該撮像素子からの信号を用いて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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６１５３０（Ｐ２０１３−６１５３０Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００５４６（Ｐ２０１１−２００５４６）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【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２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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