專利名稱：具備由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了光學(xué)元件、顯微鏡、光刻光學(xué)系統(tǒng)、及光盤光學(xué) 系統(tǒng)等光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
以往，在這些光學(xué)系統(tǒng)中，為了提高分辨力，提出了通過水浸沒、 油浸沒或者固體浸沒等方法來提高物體側(cè)NA的技術(shù)方案(參照下面的 非專利文獻(xiàn)1)。另一方面，有關(guān)顯示出與普通的玻璃透鏡等不同的折射 特性的物質(zhì)(例如光子晶體等)，有如下這樣的文獻(xiàn)(參照非專利文獻(xiàn)2、 3以及專利文獻(xiàn)l、 2、 3、 4)。
非專利文獻(xiàn)1:光學(xué)系o仕組辦t応用P73 — 77、 P166—170才7。 卜口 二夕^社2003年11月19日刊
非專利文獻(xiàn)2: J.B.Pendry Phys. Rev丄ett. Vol85，18(2000)3966-3969 非專利文獻(xiàn)3: M.Notomi Phy. Rev.B.Vo162(2000) 10696 非專利文獻(xiàn)4: V.GVeselago Sov.Phys.Usp.Vol. 10,509-514(1968) 非專利文獻(xiàn)5: L丄iu and S.He Optics Express Vol.12 No.20 4835-4840 (2004)
非專利文獻(xiàn)6:佐藤.川上才7。卜口二夕7 2001年7月號(hào)197《一 v'、才7°卜口 二夕,社干lj
專利文獻(xiàn)1: US 2003/0227415 Al 專利文獻(xiàn)2: US 2002/0175693 Al專利文獻(xiàn)3:日本特開2003 — 195002 專利文獻(xiàn)4:日本特開2004 — 133040
在現(xiàn)有的方法中，標(biāo)本面、光盤面或者晶體面與透鏡、水、油、以 及掩模相接觸，或者只離開30納米左右的間隔等，由于動(dòng)作距離(以下 稱為WD)過短，所以實(shí)際上具有給標(biāo)本和透鏡等造成損害的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種使用WD 長(zhǎng)的或者非接觸的例如觀察光學(xué)系統(tǒng)、成像光學(xué)系統(tǒng)、及投影光學(xué)系統(tǒng) 等各種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)裝置等。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第一方式是透鏡，該透鏡包括由折 射率為正的材料形成的光學(xué)元件；和顯示出負(fù)折射的介質(zhì)，該介質(zhì)以上 述光學(xué)元件為基板，形成在上述光學(xué)元件上。
本發(fā)明的第二方式是光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括由折射率為正的 材料形成的光學(xué)元件；和顯示出負(fù)折射的介質(zhì)，該介質(zhì)以上述光學(xué)元件 為基板，形成在上述光學(xué)元件上。
本發(fā)明的第三方式是光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括透明的平板；和 顯示出負(fù)折射的介質(zhì)，該介質(zhì)以上述平板為基板，形成在上述平板上。
本發(fā)明的第四方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第五方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)形成的光學(xué)元件，通過由顯示出負(fù)折射率的介質(zhì)形成的光學(xué)元件， 來實(shí)現(xiàn)高精度的成像。
本發(fā)明的第六方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)形成的光學(xué)元件，通過利用由該顯示出負(fù)折射率的介質(zhì)形成的光學(xué) 元件所具有的完全成像的性質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)高精度的成像。
本發(fā)明的第七方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)形成的光學(xué)元件，通過該光學(xué)元件得到長(zhǎng)的動(dòng)作距離。
本發(fā)明的第八方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件和除此之外的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第九方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)形成的光學(xué)元件和由正折射率的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第十方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)形成的光學(xué)元件和由正折射率的介質(zhì)形成的光學(xué)元件，在最接近上 述由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的、由正折射率的介質(zhì)形成的 光學(xué)元件，與上述由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件之間具有間隙。
本發(fā)明的第十一方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射 的介質(zhì)形成的光學(xué)元件和除此之外的多個(gè)光學(xué)元件。
本發(fā)明的第十二方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將由顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)形成的光學(xué)元件和成像光學(xué)系統(tǒng)組合起來進(jìn)行配置。
本發(fā)明的第十三方式的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有基于由顯示出負(fù) 折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的成像關(guān)系，該光學(xué)系統(tǒng)還具有由上述顯示 出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件之外的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第十四方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括基于由顯示出負(fù) 折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的成像關(guān)系和基于成像光學(xué)系統(tǒng)的成像關(guān)系 的雙方。
本發(fā)明的第十五方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括具有由顯示出負(fù) 折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)和成像光學(xué)系統(tǒng)，通過上述光學(xué) 系統(tǒng)進(jìn)行成像，并通過成像光學(xué)系統(tǒng)對(duì)該像進(jìn)行再次成像。
本發(fā)明的第十六方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)通過成像光學(xué)系統(tǒng)對(duì) 物體的像進(jìn)行成像，并通過包括由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件 的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)該像進(jìn)行再次成像。
本發(fā)明的第十七方式是光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)滿足下面的(8 — 5)
式<formula>formula see original document page 6</formula>
WD是上述顯示出負(fù)折射的介質(zhì)到物體或者像面的距離，
d是上述顯示出負(fù)折射的介質(zhì)到光學(xué)系統(tǒng)的中間成像點(diǎn)的距離，t是上述顯示出負(fù)折射的介質(zhì)的厚度。
本發(fā)明的第十八方式是光學(xué)系統(tǒng)，將成像光學(xué)系統(tǒng)配置在由顯示出 負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的后方。
本發(fā)明的第十九方式是光學(xué)系統(tǒng)，將成像光學(xué)系統(tǒng)配置在由顯示出 負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的前方。
本發(fā)明的第二十方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具備光學(xué)系統(tǒng)，該光 學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十一方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具備光學(xué)系統(tǒng)，該 光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件和除此之外的光學(xué) 元件。
本發(fā)明的第二十二方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具備光學(xué)系統(tǒng)，該 光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件和由正折射率的介 質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十三方式是信號(hào)處理裝置，該信號(hào)處理裝置具有由顯 示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十四方式是光盤裝置，該光盤裝置具有由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十五方式是投影裝置，該投影裝置具有由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十六方式是觀察裝置，該觀察裝置具有由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十七方式是攝像裝置，該投像裝置具有由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十八方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置用于進(jìn)行上述細(xì)微 結(jié)構(gòu)的成像，該光學(xué)裝置包括光源、具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的部件、和由顯示出 負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件。
本發(fā)明的第二十九方式是曝光裝置，該曝光裝置用于對(duì)晶片進(jìn)行曝 光，并按順序配置光源、光掩模和由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元 件。本發(fā)明的第三十方式是透鏡，該透鏡使用光子晶體作為顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)，且具有曲面的光學(xué)面。
本發(fā)明的第三十一方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具有由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件和成像光學(xué)系統(tǒng)，從上述成像光學(xué)系統(tǒng)的中間 成像點(diǎn)到由上述顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的表面的距離的絕
對(duì)值大于等于0.1X/A (其中，A是中間成像點(diǎn)上的上述成像光學(xué)系統(tǒng)的 數(shù)值孔徑)。
本發(fā)明的第三十二方式是一種光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具有由顯示出 負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件和成像光學(xué)系統(tǒng)，從最接近由上述顯示出 負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的上述成像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)面到上述成像 光學(xué)系統(tǒng)的中間成像點(diǎn)的距離的絕對(duì)值大于等于0.1X/A (其中，A是中 間成像點(diǎn)上的上述成像光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑)。
本發(fā)明的第三十三方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置包括光源、具有細(xì) 微結(jié)構(gòu)的部件和由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件，上述具有細(xì)微 結(jié)構(gòu)的部件與上述由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的表面的距離 大于等于0.R。
本發(fā)明的第三十四方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置包括由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件和成像光學(xué)系統(tǒng)，上述由顯示出負(fù)折射的介質(zhì) 形成的光學(xué)元件的厚度t滿足下面的(17)、 (18)、 (19)、 (20)式中的任 意一個(gè)條件。
0.1mm^t5300mm (17)式
0.01mm^t^300mm (18)式
1100nm^200mm (19)式
100nm效0mm (20)式
本發(fā)明的第三十五方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置包括光源、具有細(xì) 微結(jié)構(gòu)的部件和由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件，上述由顯示出 負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的厚度t滿足下面的(17)、 (18)、 (19)、 (20)式中的任意一個(gè)條件。
0.1mm化300mm (17)式0.01mm￡t^300mm (18)式
1100nm^t^200mm (19)式
100nm^50mm (20)式
本發(fā)明的第三十六方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具有光學(xué)系統(tǒng)，該 光學(xué)系統(tǒng)具備由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件，該光學(xué)裝置還具 有如下的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)使用光子晶體作為上述顯示出負(fù)折射的 介質(zhì)，并且與該光子晶體的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性最好的軸朝向上述光學(xué)系統(tǒng)的光 軸方向。
本發(fā)明的第三十七方式是光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具有光學(xué)系統(tǒng)，該 光學(xué)系統(tǒng)具備由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件，沿上述光學(xué)系統(tǒng) 的光軸測(cè)得的光學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)度小于等于20m。
本發(fā)明的第三十八方式是透鏡，該透鏡具有曲面的光學(xué)面，使用具 有負(fù)折射率的光子晶體作為負(fù)折射率介質(zhì)。
本發(fā)明的第三十九方式是由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的透鏡，該透 鏡的一側(cè)是平面。
本發(fā)明的第四十方式是由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的透鏡，該透鏡 具有非球面。
本發(fā)明的第四十一方式是由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的透鏡，該透 鏡具有旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面。
本發(fā)明的第四十二方式是由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的透鏡，該透 鏡具有擴(kuò)張曲面。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，是表示使用了負(fù)折射率介質(zhì)301的 反射型顯微鏡302的示例的圖。
圖2是表示圖1的物鏡306附近的放大圖的圖。
圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施方式，是表示使用了負(fù)折射率介質(zhì)301的 透射型顯微鏡315的圖。
圖4是表示光盤的光學(xué)系統(tǒng)320的實(shí)施方式的圖。圖5是表示投影曝光裝置的光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施方式的圖。 圖6是表示以往提出的緊密接觸型光刻的圖。
圖7是在硅片326和聚合物光掩模330之間將負(fù)折射率介質(zhì)301的 平行平板以緊密接觸或者極接近的方式配置在聚合物光掩模330上的圖。 圖8是表示例示了由負(fù)折射率介質(zhì)構(gòu)成的透鏡301 _2的實(shí)施方式的圖。
圖9是表示光子晶體340的一個(gè)示例的圖。 圖10是表示光子晶體340的一個(gè)示例的圖。
圖11是使用由具有正的負(fù)折射率的材料形成的平板450上所形成的 平板形狀的負(fù)折射率介質(zhì)301的反射型顯微鏡302的示例的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施方式，是使用了負(fù)折射率介質(zhì)301的反射型顯微鏡302的 示例，配置在空氣中。從光源303 (例如激光光源、水銀燈等)射出的光 通過照明透鏡304和半透鏡305入射到物鏡306上。物鏡306的NA例 如大于1，就能夠激勵(lì)起漸逝波。物鏡306包括由具有正折射率的介質(zhì)形 成的光學(xué)元件、例如由玻璃構(gòu)成的透鏡306 — 1、 306—2。
圖2表示圖1的物鏡306附近的放大圖。這里，將物鏡306的最接 近物體側(cè)的面作為311。以FF表示物鏡306的中間成像點(diǎn)。面311和中 間成像點(diǎn)FF的距離為g。
在從中間成像點(diǎn)FF離開d的位置上配置有例如平行平板狀的負(fù)折射 率介質(zhì)301。 d表示中間成像點(diǎn)FF和負(fù)折射率介質(zhì)的上表面310之間的 距離。d的值例如是50pm。 312是負(fù)折射率介質(zhì)301的物體側(cè)的面。
被物體307散射的光通過負(fù)折射率介質(zhì)301、物鏡306、半透鏡305、 以及目鏡308，利用眼309或者具備攝像元件408的TV相機(jī)、制冷CCD 相機(jī)等能夠進(jìn)行觀察。下面詳細(xì)描述該情況。
這里，負(fù)折射率介質(zhì)301的折射率為一l，厚度為t (例如30(nim)。 WD是負(fù)折射率介質(zhì)301與物體307或者后述的成像部件之間的距離。關(guān)于WD在后面詳細(xì)描述。
由于負(fù)折射率介質(zhì)301的折射率為一l，所以被物體307散射的光線 如圖2的箭頭所示那樣，進(jìn)行與通常不同的折射(參照非專利文獻(xiàn)2)。
根據(jù)折射法則，若入射角為i，出射角為r，則滿足下式。
r=—i ... (0 — 3)式。
若負(fù)折射率介質(zhì)301的折射率為n，則滿足下式。
sinr= (1/n) sin i …(0—4)式。
根據(jù)非專利文獻(xiàn)2，當(dāng)
t=WD + d ... (1)式
時(shí)，負(fù)折射率介質(zhì)301將物體307完全成像在中間成像點(diǎn)FF上。S卩，實(shí) 現(xiàn)完全成像。這里所說的完全成像是指不受衍射極限的影響，使包括放 射光和漸逝波在內(nèi)的所有作為電磁場(chǎng)的光進(jìn)行成像。因此，等價(jià)于在FF 處有物體。
定義為從FF到面311的距離的g的值滿足下式， 0<gA ... (0)式，
中間成像點(diǎn)FF非常接近面311。這是為了有效利用漸逝波而^;選的 條件。從實(shí)用角度出發(fā)，有時(shí)也可以是下式。 OSg^lO i ... (0—1)式
而且，X是所使用的光的波長(zhǎng)，當(dāng)是可見光時(shí)，人為0.35^im 0.7pm。 這樣，可以進(jìn)行NA>0.1的、包括漸逝波的成像。因而能夠?qū)崿F(xiàn)高 分辨率的顯微鏡。
而且，根據(jù)用途，還可以是下式。 0Sg^l000人 ...(0—1—0)式
在(0)式 (0—1一0)式中，若g的下限為0.1A/A，則透鏡表面 311上的灰塵、損傷等變得模糊，惡劣影響降低，因此也是好的。另外， A是物鏡306的FF中的數(shù)值孔徑(NA)。
在(0)式 (0—1 — 0)式中，若g的下限為0.6X/A，則透鏡表面 311上的灰塵、損傷等的影響進(jìn)一步降低，因此是好的。
在(0)式 (0—1—0)式中，若g的下限為1.3X/A，則透鏡表面311上的灰塵、損傷等的影響進(jìn)一步大幅度降低，因此是好的。
假設(shè)d二50^im，根據(jù)(1)式，則WD-250nm， WD較長(zhǎng)這是以往所 沒有的優(yōu)點(diǎn)，若g為0 數(shù)十nm，則成像性能大致等同于將物鏡306幾 乎接觸到物體307上的固體浸沒透鏡。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的關(guān)鍵點(diǎn)是將由負(fù)折射率介質(zhì)形成的光學(xué)元 件(301等)和成像光學(xué)系統(tǒng)(306等)組合起來進(jìn)行配置。在本實(shí)施方 式中構(gòu)成為，將成像光學(xué)系統(tǒng)配置在負(fù)折射率介質(zhì)301的像側(cè)。
而且，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的特征在于，將通過負(fù)折射率301所 成像的物體像(中間成像)通過物鏡306進(jìn)行再成像。中間成像在圖2 的示例中是實(shí)像，但根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的用途還可以是虛像。并且，在圖2 的示例中，具有照明光和觀察光沿反方向透射負(fù)折射率介質(zhì)301共計(jì)兩 次的特征。
在上面的說明中，關(guān)于g^O的情況進(jìn)行了描述，但還可以是下式。 g<0 …(0—5)式
理由是，若d+g>0(0—6)式，則能夠維持成像關(guān)系，而光學(xué)元 件彼此不碰撞。所謂g<0是指FF進(jìn)入透鏡(例如306—1)中。但是， 若g過小，則完全成像的條件被破壞，因此優(yōu)選滿足下式。
—t<g<0 ... (0—7)式
根據(jù)用途滿足下式也可以。
—3t<g<0 …(0—8)式
根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)有時(shí)滿足下式也可以。
—10t<g<0 ... (0—9)式
而且，d+gK)也可以。
若以實(shí)際長(zhǎng)度表示g的值，則g的值為下式較好。 —100mm<g<0 …(0—10)式
當(dāng)g的值小于(O — IO)式的下限時(shí)，透鏡的制作變得困難。
若g的值滿足下式也是好的。
—10mm<g<0 ... (0—11)式
在(0—5)式 (O—ll)式中，若g的上限為(一O.U) /A,則能夠可靠地利用漸逝波，并且透鏡表面311上的灰塵、損傷等變得模糊， 惡劣影響降低，所以是好的。在(0—5)式 (0—11)式中，若g的上 限為(一0.6D/A，則透鏡表面311上的灰塵、損傷等的影響進(jìn)一步降低， 因此是好的。
在(0—5)式 (0—11)式中，若g的上限為(一1.3X) /A，則透 鏡表面311上的灰塵、損傷等的影響進(jìn)一步大幅度降低，因此是好的。
不嚴(yán)格遵守式(O也可以。這是由于通過負(fù)折射率介質(zhì)301所成的 像位置有時(shí)因?yàn)樨?fù)折射率介質(zhì)301的折射率的制造誤差、面精度的誤差 等而偏離(1)式。
只要滿足下式即可。
0.8 (WD+d) ，.2 (衡+d) (2)式
根據(jù)制品有時(shí)也允許下式。
0.5 (WD+d)效.5 (WD+d) (3)式
根據(jù)制品的利用條件，有時(shí)滿足下式也可以。
0.15 (WD+d)效.O (WD+d) (4)式
或者若滿足下式，則能夠確保加長(zhǎng)的WD，因此是好的。
t￡0.9 (WD+d) …(4一1)式
上面說明的想法在本申請(qǐng)的其他實(shí)施方式中也同樣適用。即使是其 他實(shí)施方式，負(fù)折射率介質(zhì)301的折射率也例如是一1。
圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施方式，表示使用了負(fù)折射率介質(zhì)301的透 射型顯微鏡315的示例。在圖3中，僅將照明光學(xué)系統(tǒng)316和物鏡306 附近放大表示進(jìn)行圖示。315配置在空氣中。
光源303的光入射到棱鏡317上，以進(jìn)行全反射的角度入射至棱鏡 317的標(biāo)本314側(cè)的面318上。由此標(biāo)本314被漸逝波照亮。來自標(biāo)本 314的散射光由負(fù)折射率介質(zhì)301折射，在中間成像點(diǎn)FF附近進(jìn)行完全 成像。而且，通過物鏡306進(jìn)行再成像而被觀察。
式(0)、 (0—1)、 (0—1一0)、 (0—3)、…、(O—ll)、 (1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (4一1)在本示例中也同樣適用。
在圖3及后述的圖4、圖5中，描述了d的值與WD相比十分小，并且g的值也接近0的情形。圖1、圖3的光學(xué)系統(tǒng)也能夠應(yīng)用于掃描型 顯微鏡。
圖4是光盤的光學(xué)系統(tǒng)320的實(shí)施方式。從作為光源321的半導(dǎo)體 激光器射出的光通過半透鏡305、物鏡322、以及負(fù)折射率介質(zhì)301，而 在光盤323上成像，進(jìn)行寫入。物鏡322的NA大于1，以非接觸物鏡 322的方式通過微小的點(diǎn)光，能夠進(jìn)行包括漸逝光在內(nèi)的更高密度的寫 入。320配置在空氣中。
負(fù)折射率介質(zhì)301的成像關(guān)系可以認(rèn)為是光沿圖2的實(shí)施方式中箭 頭的相反方向行進(jìn)。當(dāng)從光盤323讀出信號(hào)時(shí)，從光源321射出的光被 光盤323散射，通過負(fù)折射率介質(zhì)301、物鏡322，并且被半透鏡305反 射后，射入光電探測(cè)器324中。能夠按照非接觸方式以高NA進(jìn)行讀出。
而且，如圖5所示，寫入時(shí)的結(jié)構(gòu)在光源321和物鏡322之間配置 光掩模325，用硅片326替換光盤323，若光掩模325和硅片326光學(xué)共 軛，則LSI制造用的投影曝光裝置(步進(jìn)曝光裝置等)349能夠?qū)崿F(xiàn)。由 于NA大于1就能夠使用漸逝波，所以能夠以高分辨率且以非接觸方式 進(jìn)行曝光，情景較好。在圖5中，投影曝光裝置的光學(xué)系統(tǒng)配置在真空 中。
在圖4、圖5的實(shí)施方式中式(O)、 (0—1)、 (0—1—0)、 (0—3)、…、 (O—ll)、 (1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (4一1)也成立。
在圖1 圖5的示例中，負(fù)折射率介質(zhì)301和與負(fù)折射率介質(zhì)301 最接近的透鏡被隔開間隔進(jìn)行配置。
這樣，例如即使與物體碰撞而使負(fù)折射率介質(zhì)301發(fā)生破損的情況 下，僅更換負(fù)折射率介質(zhì)301就能夠恢復(fù)功能，因此是好的。g卩、易于 修理。
圖6是表示以往提出的緊密接觸型光刻的圖。當(dāng)線寬20nm左右的 透明的聚合物光掩模330受到來自上方的照明光照射時(shí)，在凸部331的 下方產(chǎn)生漸逝波，使硅片326上的光致抗蝕劑感光。然后進(jìn)行LSI的制 造。聚合物光掩模330是具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的部件。但是，必須使聚合物光 掩模330和硅片326緊密接觸，使用中存在聚合物光掩模330的壽命短、聚合物光掩模330容易損壞等問題。該問題即使在使用鉻光掩模代替聚 合物光掩模的情況些也會(huì)產(chǎn)生。
因此，鑒于這一點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明，通過使用負(fù)折射率介質(zhì)301，能 夠以非接觸方式實(shí)現(xiàn)高分辨率的光刻。
圖7是其說明圖，在硅片326和聚合物光掩模330之間以緊密接觸 或者以極接近聚合物光掩模330的方式配置負(fù)折射率介質(zhì)301的平行平 板。圖7的光學(xué)系統(tǒng)配置在真空中或者空氣中。
這樣，在聚合物光掩模330的凸部331的下方所產(chǎn)生的漸逝波通過 負(fù)折射率介質(zhì)301完全成像，光掩模330的像形成在硅片326上。成像 倍率為1倍。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)WD大且高分辨率的光刻。
若凸部331和負(fù)折射率介質(zhì)301之間的距離為d，則滿足(1) (3)、 (4)、 (4一1)式。
關(guān)于物鏡306、物鏡322、以及投影透鏡328，它們的光學(xué)系統(tǒng)的物 體側(cè)或者光盤側(cè)或者硅片326側(cè)的NA優(yōu)選為0.1以上，但不足1.0也可 以。例如0.2以上或者其以下也可以。理由是通過負(fù)折射率介質(zhì)301具有 延長(zhǎng)WD的效果。
若透鏡306、 322、 328等的上述NA為1.15以上，則由于能夠?qū)崿F(xiàn) 高析像，因此是好的。
另外，若使上述的NA為1.3以上，則能夠?qū)崿F(xiàn)水浸沒透鏡和/或水 浸沒物鏡所不能實(shí)現(xiàn)的高析像，因此也是好的。
若使上述的NA為1.5以上，則能夠?qū)崿F(xiàn)油浸沒物鏡和的高析像，因 此特別好。
而且，關(guān)于負(fù)折射率介質(zhì)301的形狀，在圖l、圖2、圖3、圖4、 以及圖5的實(shí)施方式中，負(fù)折射率介質(zhì)301的形狀還可以不是平行平板 狀。
如圖8所示，作為負(fù)折射率介質(zhì)，由負(fù)折射率介質(zhì)形成，還可以使 用在物體側(cè)具有凹面的透鏡301 —2。在延長(zhǎng)WD效果基礎(chǔ)上還能得到像 差補(bǔ)正的效果等。在圖8中，由負(fù)折射率介質(zhì)形成的透鏡301—2的單側(cè) 為平面，另一面為凹陷的曲面，但還可以為雙凸透鏡、平凸透鏡、雙凹透鏡、月牙形凸透鏡、以及月牙形凹透鏡等的形狀。
由負(fù)折射率介質(zhì)形成的透鏡301—2的曲面形狀可以是球面、非球 面、以及自由曲面，還可以是旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面、擴(kuò)張曲面等。
以下，對(duì)可以作為本發(fā)明共通的內(nèi)容進(jìn)行敘述。作為負(fù)折射率介質(zhì) 301的具體的物質(zhì)列舉出光子晶體。圖9是表示光子晶體340的第一具體 示例，圖10是表示光子晶體340的第二具體示例。如圖9、圖10所示， 光子晶體340是具有人 數(shù)十分之一 X左右的周期的結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，通過光 刻等進(jìn)行制作。作為所使用的材料是含有Si02、丙稀、以及聚碳酸酯等 合成樹脂的電介質(zhì)、或者GaAs等。這里，X是所使用的光的波長(zhǎng)。圖中 的X、 Y、 Z方向的重復(fù)的周期Sx、 Sy、 Sz的值具有X 數(shù)十分之一 入 左右的值。已經(jīng)公知在光子晶體的帶端附近能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)折射率(參照非 專利文獻(xiàn)3)?？梢詫D中的z方向作為光學(xué)系統(tǒng)的光軸。
Z軸是光子晶體的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性最好的軸的方向。
Sx、 Sy、 Sz優(yōu)選為滿足下式中的任一式。
X/10<Sx< i ... (5 — 1)式
A/10<Sy<a ... (5—2)式
X/10<Sz<a ... (5—3)式
Sx、 Sy、 Sz的值超過上限或者小于下限，作為光子晶體的功能就消 失了。
根據(jù)用途，Sx、 Sy、 Sz滿足下式中的任一式即可。 X/3(KSx遂 ...(5—4)式 A/30<Sy<4 i …(5—5)式 固〈Sz〈4入 ...(5—6)式
關(guān)于負(fù)折射率介質(zhì)，已經(jīng)公知介質(zhì)的電介常數(shù)s為負(fù)，并且介質(zhì) 的相對(duì)磁導(dǎo)率p為負(fù)時(shí)，介質(zhì)相對(duì)于真空的折射率為下面的數(shù)式1。 —# (數(shù)式l)
此外，作為負(fù)折射率介質(zhì)，可以使用顯示出負(fù)折射的物質(zhì)、近似顯 示出負(fù)折射的物質(zhì)，例如銀、金、以及銅等薄膜，關(guān)于特定的偏光方向 還可以使用顯示出負(fù)折射率的物質(zhì)、電介常數(shù)s大致為一l的物質(zhì)的薄膜等。
此外，有時(shí)將負(fù)折射率介質(zhì)稱為左手系列材料(Left handed material)。在本申請(qǐng)中，包括所有這些負(fù)折射率介質(zhì)、左手系列材料、近 似顯示出負(fù)折射的物質(zhì)、關(guān)于特定的偏光方向顯示出負(fù)折射率的物質(zhì)、 以及電介常數(shù)s大致為一l的物質(zhì)的薄膜等，并稱為顯示出負(fù)折射的介質(zhì)。 表示完全成像的物質(zhì)也包括在顯示出負(fù)折射的介質(zhì)中。并且，在由具有 大致為一l的電介常數(shù)s的材料形成的薄膜的情況下，滿足下式就可以。
—1.2<e<—0.8 ... (5—7)式
根據(jù)用途還可以是下式。
_1.6<s<—0.5 ... (5 — 8)式
作為所用光的光波，在實(shí)施方式中敘述了主要使用單色光的示例，
但不限定于此，還可以使用下述光源射出連續(xù)光譜的光源、白色光源、 單色光的和、或超輻射發(fā)光二極管等的低相干光源。
作為波長(zhǎng)，可以使用在空氣中也可傳送的波長(zhǎng)，從光源容易得到的
觀點(diǎn)等出發(fā)，可以使用0.1pm 3^im的波長(zhǎng)。若是可見波長(zhǎng)，由于更加容 易使用，因此是好的。若波長(zhǎng)為0.6^im以下，則提高了析像，因此也是 好的。
下面，對(duì)WD進(jìn)行詳細(xì)敘述。 WD的值為下式即可。 100nm，D^20mm ... (7)式
當(dāng)超過(7)式的下限時(shí)，WD (動(dòng)作距離)過小，難以進(jìn)行處理。 當(dāng)超過(7)式的上限時(shí)，負(fù)折射率介質(zhì)過大，在成本、加工方面是不利 的。并且，作為光學(xué)裝置其尺寸變得過大這一點(diǎn)也會(huì)成為問題。
根據(jù)產(chǎn)品，還可以允許下式。
20nm^WT^200mm ... (8)式
若為下式，則可以得到更加容易使用的光學(xué)裝置。
1100nm^WD^200mm …(8—0—1)式
若為下式，則由于容易使用、且確定光學(xué)裝置的WD的機(jī)構(gòu)變得簡(jiǎn) 單，因此是好的。0.01min￡WIK200mm ... (8—0—2)式
若為下式，則由于更加容易使用、且光學(xué)裝置的機(jī)械精度也進(jìn)一步 下降，因此是好的。
0.1mm^WE^200mm …(8—0—3)式
另外，WD優(yōu)選為滿足下式。 WD>d (8 — 1)式
若t的值相同，則通過式(1)可以得出，d的值越小WD變得越大。 根據(jù)產(chǎn)品，還能夠允許下面的(8—2)式。 WD>0.1d …(8—2)式
由于通過減小d的值，還能夠減小306、 322、以及328等的透鏡的 大小，因此是好的。
另外，為了使分辨率變好，優(yōu)選為d的值滿足下面的(8—2—l)式， 論0 ... (8—2—1)式
但根據(jù)用途，d的值還可以是下面的(8—2—2)式。 d<0 ... (8—2—2)式
在(8—2 —1)式中，若d的下限為0.1X7A，則FF接近透鏡306—1 側(cè)，從而易于利用漸逝波，并且面310上的灰塵、損傷等變得模糊，降 低了其惡劣影響，因此也是好的。
在(8—2 — 1)式中，若d的下限為0.6VA，則變得更加易于利用漸 逝波，因此容易提高析像，并且還進(jìn)一步降低了灰塵、損傷等的影響， 因此是好的。
在(8—2 — 1)式中，若d的下限為1.3X/A，則由于變得更加易于大 幅度地利用漸逝波，因此容易提高析像，并且還進(jìn)一步大幅度地降低了 灰塵、損傷等的影響，因此是好的。
但是，A是光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)FF中的數(shù)值孔徑，但在圖7那樣的不能定 義FF的光學(xué)系統(tǒng)中，A=l。
在(8—2 — 1)式中，若d的下限為0.005mm，則容易擴(kuò)大負(fù)折射率 介質(zhì)301和上部透鏡系統(tǒng)的距離，因此用于保持負(fù)折射率介質(zhì)301和上 部透鏡系統(tǒng)之間的距離的框架結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，從而是好的。在(8—2—2)式中，若d的上限為(一0.R) /A，則面310上的灰 塵、損傷等變得模糊，降低了其影響，因此也是好的。
在(8—2—2)式中，若d的上限為(一0.6入)/A，則進(jìn)一步降低了
灰塵、損傷等的影響，因此是好的。
在(8_2—2)式中，若d的上限為(一1.3X) /A，則進(jìn)一步大幅度
地降低了灰塵、損傷等的影響，因此是好的。
另外，A是點(diǎn)FF中成像光學(xué)系統(tǒng)306、 322、以及328等的數(shù)值孔 徑(NA)。
這里，是將光學(xué)面上的灰塵、損傷等對(duì)成像性能影響匯總起來。如 已經(jīng)用g、 d的條件式進(jìn)行了說明那樣，從FF到之前一個(gè)或者之后一個(gè) 的光學(xué)面的距離越大，該光學(xué)面的灰塵、損傷等的影響變得越小。這里 所說的距離是光學(xué)上的長(zhǎng)度(空氣換算長(zhǎng)度)。
而且，優(yōu)選為其距離至少也要在0.1X/A以上。并且，若在0.6A/A或 者1.3A7A以上，則也是好的。在上述的光學(xué)面中還包括負(fù)折射率介質(zhì)的表面。
此外，由于致力研究光學(xué)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)等，因此WD的值優(yōu)選為 可變。顯微鏡的載物臺(tái)等是其一個(gè)例子。
此外，負(fù)折射率介質(zhì)301和透鏡最靠近負(fù)折射率介質(zhì)301的面(拿 圖2來說是面311)還可以接合。或者，還可以將負(fù)折射率介質(zhì)301形成 為，作為透鏡(拿圖3來說是透鏡306—1)的基板。在這些情況下，d 的值近似為0或者為0。
或者，將負(fù)折射率介質(zhì)301形成在透明的平板上，并配置成使該透 明平板成為用于成像的透鏡的一部分。作為配置的位置可以是成像透鏡 系統(tǒng)(拿圖1來說為物鏡306)的最前部(拿圖1來說為透鏡306—1的 物體側(cè))或者最后部(拿圖5來說為328的晶片側(cè))。用作基板的透鏡或 者平板若用具有正折射率的材料制成，則以低成本就能夠制作，因此是 好的。即使在基板上設(shè)置負(fù)折射率介質(zhì)301的情況下，WD、 d的值也從 負(fù)折射率介質(zhì)301的表面進(jìn)行測(cè)量。
圖11使用由具有正折射率的材料形成的平板450上所形成的平板形狀的負(fù)折射率介質(zhì)301的反射型顯微鏡302的示例。
使平板450、透鏡306—1、以及306—2—起形成物鏡306。中間成 像點(diǎn)FF略微進(jìn)入平板450中。透鏡306—1和平板450接合，但也可以 緊密接觸。后述的式(12)、 (13)對(duì)平板450的折射率也能適用。
這樣結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)也能適用于圖3、圖4、圖5、以及圖7的示例。
此外，完全成像的條件從(1)式偏離，當(dāng)為(8—3)式時(shí)，IAI的值 越大，成像狀態(tài)越差。
<formula>formula see original document page 20</formula> ... (8—3)式
若滿足(8—4)，則能抑制某種程度的成像狀態(tài)的降低。
<formula>formula see original document page 20</formula> (8—4)式
在實(shí)際使用中，根據(jù)產(chǎn)品，可允許下式。<formula>formula see original document page 20</formula> ...(8—4—1)式
根據(jù)使用條件，可允許下式。
<formula>formula see original document page 20</formula> …(8—5)式
若使(8—4一1)式 (8 — 5)式中的IAI的下限為0.1X/A，則有時(shí)具 有能夠確保WD加長(zhǎng)等的優(yōu)點(diǎn)，因此是好的。
此外，當(dāng)負(fù)折射率介質(zhì)301的折射率為n時(shí)，n<0。在到此為止敘 述的實(shí)施方式中，n= — l。在負(fù)折射率介質(zhì)301為平行平板的情況下， 理想的是n二一l。但是，實(shí)際上由于負(fù)折射率介質(zhì)301的制作誤差、使 用波長(zhǎng)的移位等，有時(shí)不能達(dá)到n二一l，此時(shí)優(yōu)選滿足下式。
—l.l<n<—0.9 ... (9)式
若n的值在上述的范圍內(nèi)，則完全成像不成立，分辨率降低。根據(jù) 產(chǎn)品，滿足下式即可。
-1.5<n-0.5 ... (10)式
在只是為了加大WD等的用途中，有時(shí)滿足下式即可。 —3<n<—0.2 (11)式
當(dāng)最接近負(fù)折射率介質(zhì)的透鏡或者光學(xué)元件(拿圖l、 4、以及5來 說，分別是306—1、 322—1、以及328 —1)的折射率為N時(shí)，由于N 越大，分辨率越高，因此是好的。若滿足下式，則能夠使用于廣泛的用途中。
論1.3 …(12)式
滿足下式也是好的。 論1.7 ... (13)式
在(12)、 (13)式中，若N的上限值為1.82，則玻璃的吸收(著色) 變少，因此是好的。
若滿足下式，則雖然有著色，但能夠?qū)崿F(xiàn)高析像，因此是好的。 N21.86 (13 — 1)式
而且，考慮負(fù)折射率介質(zhì)301周圍是空氣或者真空，這在本申請(qǐng)的 實(shí)施方式中可以說是共通的。
因此，負(fù)折射率介質(zhì)301的折射率n在周圍為空氣的情況下表示相
對(duì)于空氣的相對(duì)折射率，在周圍為真空的情況下表示相對(duì)于真空的折射 率。當(dāng)周圍為真空時(shí)，能夠使用短波長(zhǎng)的真空紫外光，并且不會(huì)由于空 氣的波動(dòng)而降低分辨率等，從而得到良好的成像性能。若周圍為空氣， 則光學(xué)裝置容易制造，處理也變得容易，因此是好的。
還可以是，在光學(xué)裝置中僅負(fù)折射率介質(zhì)301周圍的光路為真空， 光學(xué)裝置的剩余部分放置在空氣中。
可得到容易處理且成像性能好的光學(xué)裝置。
使負(fù)折射率介質(zhì)301相對(duì)于真空的折射率為nv，相對(duì)于空氣的折射 率為nA。在1大氣壓、波長(zhǎng)500nm時(shí)，nA=1.002818。
在光學(xué)裝置的周圍為空氣的情況下，為了進(jìn)行理想的完全成像的必 要條件為下式。
nv=—nA ... (15)式
在光學(xué)裝置的周圍為真空的情況下，為了進(jìn)行理想的完全成像的必 要條件為下式。
nv= —1.0 ... (16)式
此外，在圖l、圖2、圖3、圖4、圖5、圖7、圖8、以及圖ll的例 子中，還可以用水、油等液體充滿d或WD的部分。這樣的話，具有nv 的值也可以不是一l、且容易選擇負(fù)折射率介質(zhì)301的材料的優(yōu)點(diǎn)。在該情況下，若使水、油等液體的折射率為nL，則用于實(shí)現(xiàn)完全成像的必要 條件為下式。
nv二一nL (15—3)式
若使負(fù)折射率介質(zhì)301相對(duì)于液體的相對(duì)折射率為n，則(9)式、 (10)式、以及(11)式也可以同樣適用。
對(duì)t的值進(jìn)行敘述。實(shí)際使用中，為了使光學(xué)裝置便于使用，WD取 越大越好。
從(1)可得出WD是與t同等程度的值。因此滿足下式較好。若t 的值超過上限，則光學(xué)裝置變大，難以制造。 0.1mm^300mm …(17)式
根據(jù)產(chǎn)品，還允許下式。 0.01mm^t^300mm ... (18)式
根據(jù)用途，有時(shí)可以允許滿足下面的(19)式或者(20)式。 1100nm^t5200mm ... (19)式
100nm^50mm …(20)式
此外，若滿足(17)式或者(18)式，則增加作為光學(xué)元件的負(fù)折 射率介質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，因此光學(xué)裝置組裝時(shí)的處理變得輕松，從而是好 的?；蛘?，可能不需要用于支承負(fù)折射率介質(zhì)的基板，從而是好的。
在(19)式、(20)式中，若使t的上限值超過O.Olmm，則也有通 過蒸鍍或者噴濺等來制造負(fù)折射率介質(zhì)作為薄膜的可能性，因此是好的。
例如，可以考慮到利用自身克隆(cloning)法來制造光子晶體(參 照非專利文獻(xiàn)6)。
而且，若沿包括負(fù)折射率介質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)的光軸所測(cè)量到的長(zhǎng)度為 20m以下，則光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)裝置容易制作，因此也是好的。
此夕卜，如本申請(qǐng)的圖l、圖3、圖4、以及圖5的實(shí)施方式所示那樣， 相對(duì)于成像光學(xué)系統(tǒng)(306、 322、以及328等)的物點(diǎn)(FF、 321、以及 325等)或者像點(diǎn)(308前的實(shí)像、FF、以及324上的像等)的特征在于， 上述物點(diǎn)和像點(diǎn)任何一個(gè)到成像光學(xué)系統(tǒng)的距離都是有限的。
此外，在本申請(qǐng)中使用了稱為完全成像的用語，但本申請(qǐng)還包括不進(jìn)行100%的完全的成像的情況，例如提高50%析像的情況。即、例如 還包括分辨力比通常的衍射極限提高某種程度這樣的情況。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)既可得到充分的光學(xué)性能又具有WD較長(zhǎng)或 者非接觸的各種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)裝置。
最后，敘述本實(shí)施方式所使用的技術(shù)用語的定義。
所謂光學(xué)裝置是指包括光學(xué)系統(tǒng)或者光學(xué)元件的裝置。以光學(xué)裝置 單體不能發(fā)揮作用也可以。即，還可以是裝置的一部分。
在光學(xué)裝置中包括攝像裝置、觀察裝置、顯示裝置、照明裝置、 信號(hào)處理裝置、光信息處理裝置、投影裝置、以及投影曝光裝置等。
作為攝像裝置的例子具有膠片相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA用數(shù)碼相機(jī)、
機(jī)器人(robot)眼、鏡頭更換式數(shù)碼單反相機(jī)、電視攝像機(jī)、動(dòng)畫記錄 裝置、電子動(dòng)畫記錄裝置、可攜式攝像機(jī)、VTR (磁帶)攝像機(jī)、便攜 式電話的數(shù)碼相機(jī)、便攜式電話的電視攝像機(jī)、電子內(nèi)窺鏡、膠囊型內(nèi) 窺鏡、車載攝像機(jī)、人工衛(wèi)星的攝像機(jī)、行星探測(cè)機(jī)的攝像機(jī)、宇宙探 測(cè)機(jī)的攝像機(jī)、監(jiān)視裝置的攝像機(jī)、各種傳感器眼、錄音裝置的數(shù)碼相 機(jī)、人工視覺、激光掃描型顯徼鏡、投影曝光裝置、步進(jìn)曝光裝置、調(diào) 節(jié)器(aligner)和光探針型顯微鏡等。數(shù)碼相機(jī)、卡型數(shù)碼相機(jī)、電視攝 像機(jī)、VTR攝像機(jī)、動(dòng)畫記錄攝像機(jī)、便攜式電話的數(shù)碼相機(jī)、便攜式 電話的電視攝像機(jī)、車載攝像機(jī)、人工衛(wèi)星的攝像機(jī)、行星探測(cè)機(jī)的攝 像機(jī)、宇宙探測(cè)機(jī)的攝像機(jī)、以及錄音裝置的數(shù)碼相機(jī)等的任一個(gè)都是 電子攝像裝置的一個(gè)例子。
作為觀察裝置的例子具有顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、眼鏡、雙眼鏡、放大 鏡、纖維式觀摩器、取景器(finder)、觀景器(view finder)、接觸式透 鏡、隱形眼鏡和人工視覺等。
作為顯示裝置的例子具有液晶顯示器、觀景器、游戲機(jī)(索尼公 司制play station)、視頻投影機(jī)、液晶投影機(jī)、頭帶型圖像顯示裝置(head mounted display: HMD)、 PDA (便攜式信息終端)、便攜式電話和人工 視覺等。
多媒體視頻投影機(jī)、液晶投影機(jī)等也是投影裝置。作為照明裝置的例子具有照相機(jī)的閃光燈、汽車的頭燈、內(nèi)窺鏡 光源、以及顯微鏡光源等。
作為信號(hào)處理裝置的例子具有便攜式電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、 光盤的讀取/寫入裝置、光計(jì)算器的運(yùn)算裝置、光互連裝置、光信息處理 裝置、光LSI、光計(jì)算機(jī)、以及PDA等。
作為信息發(fā)送裝置是指下面這些能夠進(jìn)行信息輸入、發(fā)送的任意一 個(gè)裝置便攜式電話、固定式電話、游戲機(jī)、電視、收錄音機(jī)、以及立 體聲設(shè)備等的遙控器、和個(gè)人計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)的鍵盤、鼠標(biāo)、以及 觸摸面板等。
信息發(fā)送裝置還包括攝像裝置所帶的電視監(jiān)視器、個(gè)人計(jì)算機(jī)的監(jiān) 視器、以及顯示器。
信息發(fā)送裝置被包含在信號(hào)處理裝置中。
攝像元件是指例如CCD、攝像管、固體攝像元件、以及相片膠巻等。
此外，假設(shè)平行面板是包含在棱鏡中的一種。觀察者的變化包括觀察角
度的變化。被攝體的變化包括作為被攝體的物體的距離的變化、物體 的移動(dòng)、物體的活動(dòng)、振動(dòng)、物體的擺動(dòng)等。攝像元件、晶片、光盤、 和銀鹽膠巻等是成像部件的例子。
擴(kuò)張曲面的定義按如下所述進(jìn)行。
除了是球面、平面、以及旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面之外，還可以是具有相 對(duì)于光軸偏心的球面、平面、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面或者對(duì)稱面的非球面；只 具有一個(gè)對(duì)稱面的非球面；沒有對(duì)稱面的非球面；自由曲面；以及具有 不可微分的點(diǎn)、線的面等任何形狀的面。反射面、折射面、只要是對(duì)光 施以某些影響的面即可。
在本發(fā)明中，將上述的面總括起來稱為擴(kuò)張曲面。 作為成像光學(xué)系統(tǒng)是指攝像光學(xué)系統(tǒng)、觀察光學(xué)系統(tǒng)、投影光學(xué)系 統(tǒng)、投影曝光光學(xué)系統(tǒng)、顯示光學(xué)系統(tǒng)、以及信號(hào)處理用光學(xué)系統(tǒng)等。 作為攝像光學(xué)系統(tǒng)的例子有數(shù)碼相機(jī)的攝像用鏡頭。 作為觀察光學(xué)系統(tǒng)的例子有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)、望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)等。 作為投影光學(xué)系統(tǒng)的例子有視頻投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)、光刻用的光學(xué)系統(tǒng)、光盤讀出/寫入光學(xué)系統(tǒng)和光拾取器的光學(xué)系統(tǒng)等。 作為投影曝光光學(xué)系統(tǒng)的例子有光刻用的光學(xué)系統(tǒng)。 作為顯示光學(xué)系統(tǒng)的例子有視頻攝像機(jī)的觀景器的光學(xué)系統(tǒng)。 作為信號(hào)處理光學(xué)系統(tǒng)的例子有光盤的讀出/寫入光學(xué)系統(tǒng)、光拾取
器的光學(xué)系統(tǒng)。
所謂光學(xué)元件是指非球面透鏡、反光鏡、棱鏡、自由曲面棱鏡、衍
射光學(xué)元件(DOE)、以及不均質(zhì)透鏡等。平行平板也是光學(xué)元件的一種。 產(chǎn)業(yè)的可利用性
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)既可得到充分的光學(xué)性能又具有WD較長(zhǎng)或 者非接觸的各種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)裝置。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)具有由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件，通過該光學(xué)元件得到長(zhǎng)的動(dòng)作距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)滿足 下面的(8_5)式<formula>formula see original document page 2</formula> ... (8_5)式其中，A=WD+d—tWD是上述顯示出負(fù)折射的介質(zhì)到物體或者像面的距離，d是上述顯示出負(fù)折射的介質(zhì)到光學(xué)系統(tǒng)的中間成像點(diǎn)的距離，t是上述顯示出負(fù)折射的介質(zhì)的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)使用 光子晶體作為顯示出負(fù)折射的介質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)具 有以使用光子晶體作為顯示出負(fù)折射的介質(zhì)為特征的曲面的光學(xué)面。
5. —種光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置包括成像光學(xué)系統(tǒng)和權(quán)利要求1所述 的光學(xué)系統(tǒng)，上述由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的厚度t滿足下 面的(17)、 (18)、 (19)、 (20)式中的任意一式，<formula>formula see original document page 2</formula> ... (17)式<formula>formula see original document page 2</formula> …(18)式<formula>formula see original document page 2</formula> …(19)式<formula>formula see original document page 2</formula> ... (20)式。
6. —種光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置包括光源、具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的部件和權(quán) 利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，上述由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件 的厚度t滿足下面的(17)、 (18)、 (19)、 (20)式中的任意一個(gè)條件，<formula>formula see original document page 2</formula> …(17)式<formula>formula see original document page 2</formula> ... (18)式<formula>formula see original document page 2</formula> ... (19)式<formula>formula see original document page 2</formula> ... (20)式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，與所述光子晶體 的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性最好的軸朝向上述光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，沿上述光學(xué)系統(tǒng) 的光軸測(cè)得的光學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)度小于等于20m。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)是顯示出完全成像性質(zhì)的介質(zhì)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的一側(cè)是平面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，由顯示出負(fù)折射 的介質(zhì)形成的光學(xué)元件具有非球面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件具有旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，由顯示出負(fù)折 射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件具有擴(kuò)張曲面。
全文摘要
具備由顯示出負(fù)折射的介質(zhì)形成的光學(xué)元件的光學(xué)裝置。本發(fā)明公開一種透鏡。該透鏡包括光學(xué)元件，其由折射率為正的材料形成；和顯示出負(fù)折射的介質(zhì)，其將上述光學(xué)元件作為基板，形成在上述光學(xué)元件上。
文檔編號(hào)G02B3/02GK101299098SQ20081012499
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者西岡公彥 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社