(57)【要約】      （修正有）【課題】反射屈折光学系により、高い開口数の光学顕微鏡用対物レンズを提供する。【解決手段】反射屈折光学系は、物体側から像側に順番に光軸に沿って配置された、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１とレンズ群ＬＧとを備える。物体面から入射する光線は、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１の像側の面において第１の反射を受け、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１の物体側の面において第２の反射を受け、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２の像側の面において第３の反射が発生し、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２の物体側の面において第４の反射を受け、レンズ群ＬＧに入射する様に構成された対物レンズ。【選択図】図２
2014013380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射屈折光学ユニットと、
前記第１の反射屈折光学ユニットと軸アライメントされ且つ前記第１の反射屈折光学ユニットとの間に空間を有するように配置された第２の反射屈折光学ユニットと、
前記第１の反射屈折光学ユニット及び前記第２の反射屈折光学ユニットと軸アライメントされて配置されたレンズ群と、
を物体側から像側に光軸に沿って順に配置されるように備え、
前記第１の反射屈折光学ユニットは、透過部分及び凹面正反射部分を有する物体側の面と、中央透過部分及び前記中央透過部分を包囲する全反射(ＴＩＲ）部分を有する像側の面とを含み、
前記第２の反射屈折光学ユニットは、凸面正反射部分を有する物体側の面と凹面正反射部分を有する像側の面とを含み、
物体から入射する光線は、前記第１の反射屈折光学ユニットの前記像側の面において第１の反射を受け、前記第１の反射屈折光学ユニットの前記物体側の面において第２の反射を受け、前記第２の反射屈折光学ユニットの前記像側の面において第３の反射を受け、前記第２の反射屈折光学ユニットの前記物体側の面において第４の反射を受けることを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項２】
前記第４の反射の後、前記第２の反射屈折光学ユニットは、その前記像側に位置する第１の中間像面上に前記光線を投影して第１の中間像を形成し、
前記レンズ群は、前記第１の中間像に基づいて像面において最終像を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の反射屈折光学系。
【請求項３】
前記第１の反射屈折光学ユニットの前記像側の面は、前記透過領域の周囲の軸対称の範囲内の環状正反射部分を更に含み、
前記第１の反射屈折光学ユニットの前記像側の面における前記第１の反射は、前記ＴＩＲ領域における全反射及び前記環状正反射部分における正反射を含むことを特徴とする請求項１記載の反射屈折光学系。
【請求項４】
前記第１の反射屈折光学ユニットの前記像側の面における前記ＴＩＲ部分は略平坦な形状を有し、
前記第２の反射屈折光学ユニットの前記物体側の面における前記透過部分は略平坦な形状を有し、
前記第１の反射屈折光学ユニットの前記像側の面及び前記第２の反射屈折光学ユニットの前記物体側の面は、前記第１の反射屈折光学ユニットの前記像側の面における前記ＴＩＲ部分と前記第２の反射屈折光学ユニットの前記物体側の面における前記透過部分とが互いに対して略平行であるように、互いの間に空間を有した状態で互いに対向するように作成されることを特徴とする請求項１記載の反射屈折光学系。
【請求項５】
前記第１の反射屈折光学ユニットは、少なくとも１．４の屈折率を有する光学的に透明な固体材料で作成された単一の光学素子から構成されていることを特徴とする請求項１記載の反射屈折光学系。
【請求項６】
前記第２の反射屈折光学ユニットの前記像側且つ前記レンズ群の前記物体側に配置された第３の反射屈折光学ユニットを更に備え、
前記第３の反射屈折光学ユニットは、前記第１の反射屈折光学ユニット、前記第２の反射屈折光学ユニット及び前記レンズ群と軸アライメントされて配置されていることを特徴とする請求項１記載の反射屈折光学系。
【請求項７】
前記第３の反射屈折光学ユニットは、互いに対して軸アライメントされた物体側マンギンミラー及び像側マンギンミラーを含み、
前記第４の反射の後、前記光線は、前記像側マンギンミラーにおいて第５の反射が発生し、前記物体側マンギンミラーにおいて第６の反射を受けることを特徴とする請求項６記載の反射屈折光学系。
【請求項８】
前記像側マンギンミラーは前記物体側に対して凹面である湾曲した反射面を含み、前記物体側マンギンミラーは前記像側に対して凸面である湾曲した反射面を含み、
前記光線は、前記像面に対して凸面である前記湾曲した反射面において前記第６の反射が発生し、それにより、前記光線は前記レンズ群を介して前記像面に向けて投影され、前記最終像を形成することを特徴とする請求項７記載の反射屈折光学系。
【請求項９】
前記第１の中間像面は前記第３の反射屈折光学ユニットの前記像側に位置し、
前記第３の反射屈折光学ユニットは、前記第１の中間像面から前記レンズ群を介して前記像面上に前記第１の中間像を投影することを特徴とする請求項６記載の反射屈折光学系。
【請求項１０】
前記第３の反射屈折光学ユニットは、互いに対して軸アライメントされた前記像側に対して凹面である物体側正反射ミラーと前記物体側に対して凹面である像側正反射ミラーとを含み、
前記第４の反射の後、前記光線は、前記像側正反射ミラーにおいて第５の反射を受け、前記物体側正反射ミラーにおいて第６の反射が発生することを特徴とする請求項６記載の反射屈折光学系。
【請求項１１】
前記第１の中間像面は、前記第２の反射屈折光学ユニットの前記像側の面と前記物体側の面との間に位置し、
前記第３の反射屈折光学ユニットは、前記第１の中間像面から前記第３の反射屈折光学ユニットの前記像側に位置する第２の中間像面上に前記第１の中間像を投影し、
前記レンズ群は前記像面上に前記第２の中間像を投影して、前記最終像を形成することを特徴とする請求項１０記載の反射屈折光学系。
【請求項１２】
前記第３の反射屈折光学ユニットの前記像側且つ前記レンズ群の前記物体側に配置された第４の反射屈折光学ユニットを更に備え、
前記第４の反射屈折光学ユニットは、前記第１の反射屈折光学ユニット、前記第２の反射屈折光学ユニット、前記第３の反射屈折光学ユニット及び前記レンズ群と軸アライメントされて配置されることを特徴とする請求項６記載の反射屈折光学系。
【請求項１３】
前記第４の反射屈折光学ユニットは、互いに対して軸アライメントされた物体側マンギンミラー及び像側正反射ミラーを含み、
前記第６の反射の後、前記光線は、前記像側正反射ミラーにおいて第７の反射を受け、前記物体側マンギンミラーにおいて第８の反射を受けることを特徴とする請求項１２記載の反射屈折光学系。
【請求項１４】
前記像側正反射ミラーは前記物体側に対して凹面である湾曲した反射面を含み、前記物体側マンギンミラーは前記像側に対して凸面である湾曲した反射面を含み、
前記光線は、前記像側に対して凸面である前記湾曲した反射面において前記第８の反射を受け、それにより、前記光線は前記レンズ群を介して前記像面に向けて投影され、前記最終像を形成することを特徴とする請求項１３記載の反射屈折光学系。
【請求項１５】
前記第１の反射屈折光学ユニットの前記物体側の面上の前記凹面正反射部分は外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記第２の反射屈折光学ユニットの前記像側の面上の前記凹面正反射部分は外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記第２の反射屈折光学ユニットの前記物体側の面上の前記凸面正反射部分は内向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記外向きのペッツヴァル湾曲の和は前記内向きのペッツヴァル湾曲により相殺されることを特徴とする請求項１記載の反射屈折光学系。
【請求項１６】
前記像側マンギンミラーは外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記物体側マンギンミラーは内向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記レンズ群は外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記外向きのペッツヴァル湾曲の和は前記内向きのペッツヴァル湾曲により相殺されることを特徴とする請求項７記載の反射屈折光学系。
【請求項１７】
前記像側正反射ミラーは外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記物体側正反射ミラーは外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記レンズ群は内向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記外向きのペッツヴァル湾曲の和は前記内向きのペッツヴァル湾曲により相殺されることを特徴とする請求項１０記載の反射屈折光学系。
【請求項１８】
前記第４の反射屈折光学ユニットの前記像側正反射ミラーにおける前記凹面は外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記第４の反射屈折光学ユニットの前記物体側マンギンミラーにおける前記凸面は内向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記レンズ群は外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、
前記外向きのペッツヴァル湾曲の和は前記内向きのペッツヴァル湾曲により相殺されることを特徴とする請求項１４記載の反射屈折光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光学結像に関し、特に、高開口数結像に対して全反射を用いる反射屈折光学系に関する。反射屈折光学系は、特に、顕微鏡の対物レンズ系又はリソグラフィ投影系において産業上応用される。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡、リソグラフィ投影系又は望遠鏡等の結像装置は、純粋な反射光学素子（purely catoptric optical element）、純粋な屈折光学素子（purely dioptric optical element）、あるいは反射光学素子及び屈折光学素子の組み合わせ（反射屈折光学素子(catadioptric optical element)）を使用して物体の像を形成する。顕微鏡は、生体組織等のサンプル、半導体ウエハ上の異常又は材料の表面を観察するために対物光学系を使用する。リソグラフィ投影系は、半導体基板（ウエハ）の平面的な像面上にレチクル上のパターンの像を投影するために投影対物レンズを使用する。望遠鏡において、直径が人間の眼の瞳孔より大きい対物レンズにより、通常は観察できないような星等の遠方の点光源を見ることができるように充分な光を集めることができる。適切な像を生成するために、これらの器具は物体から反射された（又は透過された）充分な光を集め、像における細部を分離し、像を拡大し、人間の眼が細部を見えるようにするか又は光検出器が細部を解像できるようにする必要がある。
【０００３】
固定された物体距離に存在する微細な物体の細部と細部を分解する能力は、当該細部が物理的に互いに近接したフェーチャに対応するか（顕微鏡の場合のように）又は小さい角度で分離されるフェーチャに対応するか（望遠鏡の場合のように）に関係なく、器具の分解能により判定される。顕微鏡の分解能（Ｒ）は式（１）により与えられる。
【０００４】
【数１】
2014013380.tif 000003
・・・（１）
【０００５】
式中、λは使用される光の波長であり、ＮＡは顕微鏡の物体空間の開口数であり、０．６１はレイリーの基準から導出される。
【０００６】
従って、式（１）から、解像度Ｒは、波長λを短くするか又はＮＡを増加することにより向上される。波長λの短波化に関して、紫外線（ＵＶ）、深紫外線（ＤＵＶ）、Ｘ線及び電子線放射の使用が顕微鏡技術及びリソグラフィにおける高分解能の応用例のために広範に研究されてきた。しかし、これらの応用例は非常に高価であるため、光学顕微鏡の場合のように可視スペクトル（約４００〜７００ナノメートルの波長）を使用する結像の必要性が増している。
【０００７】
従って、光学顕微鏡の大部分は、特定のＮＡの条件を満たすように設計された対物レンズを有する。ＮＡは、微細な物体の細部と細部を分解するために充分な光を集める器具の能力により判定される。充分な光を集める能力に関して、顕微鏡のＮＡは式（２）により定義される。
【０００８】
【数２】
2014013380.tif 000004
・・・（２）
【０００９】
式中、Ｎｏは物体空間における媒体の屈折率であり、θｍは物体から射出する周辺光線と周辺光線が入射する面に対する垂線との間に形成される角度である（以下、θｍを「周辺角」と呼ぶ）。
【００１０】
従って、式（２）から、高いＮＡ値を得るためには周辺光線の角度θｍ又は物体空間における媒体の屈折率Ｎｏのいずれかを大きくする必要がある。一般に当業者には既知であるように、顕微鏡の物体空間における媒体は空気又は浸漬液である。空気（Ｎｏ＝１）が物体空間において使用される場合、ＮＡの最大値は１より大きくならないが、物体空間が１より大きい屈折率の流体（Ｎｏ＞１）で充填される場合、１より大きいＮＡが達成される。また、０．９５より大きいＮＡ値は通常は物体空間において浸漬液を使用することによってのみ達成されるという条件で、従来の光学顕微鏡の大部分はＮＡ値が約０．０８〜１．３０の範囲である対物レンズを使用する。従って、ＮＡ値を更に増加するためには、物体空間における媒体に関係なく、周辺光線の角度θｍを増加する必要がある。しかし、これは収差を補正するための非常に複雑な光学的構成を必要とする。
【００１１】
特に、高ＮＡ値に対する多くの従来の光学設計は、光学収差を最小化するために反射屈折光学素子を使用する。例えば、米国特許第５，６５０，８７７号公報、国際公開第ＷＯ２００８／１０１６７６号（本明細書において、ＷＯ２００８／１０１６７６）、並びにＧｒｅｙ他による論文「Ａ  Ｎｅｗ  Ｓｅｒｉｅｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ：  Ｉ．Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＪＯＳＡ  ３９、Ｎｏ  ９、７１９〜７２３ページ（１９４９年）（本明細書において、「Ｇｒｅｙ」）を参照。
【００１２】
米国特許第５，６５０，８７７号公報において、特別に構成された前面及び後面を有する反射屈折光学素子が基板上にレチクルの縮小像を投影するリソグラフィ縮小システムが開示されている。光学素子の後面は、凹反射面に包囲された中央開口を有する。前面は、部分反射面を有し、これは、光束の一部分を凹反射面に向けて透過し、中央開口を通る収束光路において、凹反射面により返された残りの光束の一部分を反射する。基板は開口と位置合わせされるため、高分解能で露光される。
【００１３】
ＷＯ２００８／１０１６７６において、高屈折率透明材料から作成された反射屈折光学素子が物体側の第１の面及び第１の面と対向する第２の面を有するリソグラフィ投影系が開示されている。第２の面は、光軸の周囲の中央領域内の透過部分と、透過部分の周囲の範囲内の凹面反射部分とを有する。第１の面は、物体面からの放射を第２の面に向けて透過し且つ第２の面の反射部分により反射された放射の少なくとも一部分が第１の面の透過部分により第２の面の透過部分に向けて全反射されるように第２の面に対して方向付けられた透過範囲を有する。
【００１４】
Ｇｒｅｙは、螢石又は石英・螢石から作成された先端固体レンズを有する顕微鏡対物レンズを開示している。レンズの物体側の面及び像側の面の双方は特定の領域上に反射被膜を含み、２２０〜５４０ナノメートルの波長で０．９５より大きいＮＡ値を達成し、収差が非常に少ない。
【００１５】
上述の背景の各参考文献に共通する１つの特徴は、光の一部分が中央領域を通過することを中央遮光部が阻止する反射屈折光学素子（ＣＯＥ）である先端光学素子である。一般に、阻止された照明の割合の特徴を示す遮光率は、以下の式（３）により定義される：
【００１６】
【数３】
2014013380.tif 000005
・・・（３）
【００１７】
式中、θｌは求められる遮光率を達成する最小角であり（以下、θｌを「最小遮光角」と呼ぶ）、θｍは式（２）で定義される周辺角である。従って、特定の閾値（例えば、２５％）を超える中央遮光部は、像のコントラストを著しく低下し、光強度損失を引き起こし、結果として得られる像の品質を低下する。
【００１８】
米国特許第５，６５０，８７７号によると、中央遮光部は照明光束の大きさを制御することにより投影像の１５％以下を阻止するように制限されてもよい。しかし、照明光束の大きさを制御することにより遮光は相対的に少なくなるが、本技術により相当のエネルギー損失が生じる。
【００１９】
それに対して、ＷＯ２００８／１０１６７６により開示される反射屈折光学素子において、所望のレベルのＮＡを達成しつつ遮光を最小限にするために全反射（ＴＩＲ）が使用される。図１は、ＷＯ２００８／１０１６７６号により開示される反射屈折光学素子の概念を示す。
【００２０】
図１の左側は、互いに対向する第１の面１１及び第２の面１２を有する反射屈折レンズ１０の側面図を示す。第１の面１１は、第２の面１２側から見た場合にほぼ凹面であり、第２の面１２は略平面（平坦）である。略平面の第２の面１２の平面図を図１の右側に示す。第１の面１１は、光軸ＡＸの周囲の中央領域内の透過部分と、透過部分の周囲の領域内の凹面反射部分とを有する。すなわち、透過部分及び凹反射部分は互いに同心である。第２の面１２はほぼ透明であり、互いに同心であり且つ光軸ＡＸを中心とする全反射（ＴＩＲ）領域１６及び透過領域１７を有する。物体Ｏを照明する光線は、第１の面１１の透過部分を通過し、最初に第２の面１２に入射する。更に詳細には、臨界角θｃと周辺角θｍとの間の入射角を有する光線Ｒ２及びＲ３は、第２の面１２のＴＩＲ領域１６において全反射され、従って、第１の面１１の反射部分に向けて反射される。その後、第１の面１１の反射部分はこれらの光線を光線２’及びＲ３’として第２の面１２に向けて進める。今回は光線Ｒ２’及びＲ３’の入射角が臨界角θｃより小さいため、光線Ｒ２’及びＲ３’は第２の面１２のＴＩＲ領域１６を通過して透過される。
【００２１】
それに対して、第１の面１１の透過領域を通過して伝播し且つ臨界角θｃより小さい入射角（例えば、最小遮光角θｌ）で第２の面１２の透過領域１７に入射する光線Ｒ１は、第２の面１２により反射される代わりに光線Ｒ１’として屈折される。屈折光線Ｒ１’は、中央遮光部又は視野開口絞りにより散乱又は遮断される場合ある。従って、臨界角θｃより小さい入射角θｌを有する光線Ｒ１は像形成に寄与しない。更に、物体Ｏ自体がそれに対して垂直に入射する光を遮断するため、光軸ＡＸのすぐ周辺に存在する透過領域１７は遮光される。従って、臨界角θｃより小さい入射角で透過領域１７に入射する光線は、像のコントラストを低下させ、光強度損失を引き起こす場合がある。
【００２２】
更に、反射屈折光学素子１０が上述の湾曲した反射面を含むため、色収差、ペッツヴァル湾曲及び位置合わせに関する他の問題が生じる。
【００２３】
特に波長の可視スペクトルにわたる色収差の補正は、特に困難である。当業者には既知であるように、顕微鏡は正のレンズであると考えられる。その意味で、正のレンズの屈折力は「補正不足の」軸上色収差として既知であるものを生じる。それを補償するために、特別に設計された光学系を顕微鏡の光学系内に追加することにより、過剰補正された軸上色収差が意図的に生成される。
【００２４】
像面湾曲は、考慮すべき別の結像の側面である。詳細には、一般にサンプルの像は平坦面を有するＣＣＤ（電荷結合素子）又はＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ等のセンサにより取り込まれるため、センサが位置する平面において平坦な像が必要とされる。しかし、一般に、顕微鏡は正のレンズであると考えられるため、正のレンズの屈折力により内向きに湾曲した像面を有する像が生成される。結果として得られる像の湾曲は、ペッツヴァル湾曲として既知である。内向きのペッツヴァル湾曲を補償するために、特別に設計された光学素子を顕微鏡の光学系内に追加することにより、外向きに湾曲した像面が意図的に生成される。特に、凹面ミラーの使用は内向きのペッツヴァル湾曲を補償する効果的な方法として既知である。従って、収差補正のために、顕微鏡の対物光学系を最終的に形成するレンズ素子の数が大幅に増加することは明らかである。この光学素子数の大幅な増加の結果、光学系内が窮屈になり、位置合わせが困難になり、対物レンズ系が大型化することが多い。
【００２５】
従って、遮光が最小限であり、色収差及びペッツヴァル湾曲を補正し、必要以上の困難を伴わずに適切な位置合わせを可能にする対物光学系が必要とされる。
【発明の概要】
【００２６】
本発明の一態様によると、反射屈折光学系は、物体側から像側に光軸に沿って順に配置された、第１の反射屈折光学ユニットと、第１の反射屈折光学ユニットと軸方向に位置合わせされ且つ第１の反射屈折光学ユニットとの間に空間を有するように配置された第２の反射屈折光学ユニットと、第１の反射屈折光学ユニット及び第２の反射屈折光学ユニットと軸方向に位置合わせされて配置されたレンズ群とを含む。物体面から入射する光線は、第１の反射屈折光学ユニットの像側の面において第１の反射を受け、第１の反射屈折光学ユニットの物体側の面において第２の反射を受け、第２の反射屈折光学ユニットの像側の面において第３の反射が発生し、第２の反射屈折光学ユニットの物体側の面において第４の反射を受ける。外向きのペッツヴァル湾曲の和は内向きのペッツヴァル湾曲の和により相殺される。
【００２７】
本発明の実施形態は、遮光、色収差及びペッツヴァル湾曲の補正に関する問題を有利に解決し、必要以上の困難を伴わずに適切な位置合わせを可能にする。
【００２８】
本発明の更なる特徴は、添付の図面を参照して例示的な実施形態の以下の説明を読むことにより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の反射屈折光学素子の関連する部分を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る４重反射を行う複数の反射屈折光学ユニット及び１つの中間像を含む反射屈折光学系を示す図である。
【図３】本発明に係る第１の反射屈折光学ユニットを示す側面図及び平面図である。
【図４】本発明に係る第２の反射屈折光学ユニットを示す側面図及び平面図である。
【図５】本発明に係る第１の反射屈折光学ユニット及び第２の反射屈折光学ユニットにおける例示的な光線追跡を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る６重反射を行う複数の反射屈折光学ユニット及び１つの中間像を含む反射屈折光学系を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る６重反射を行う複数の反射屈折光学ユニット及び２つの中間像を含む反射屈折光学系を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る８重反射を行う複数の反射屈折光学ユニット及び２つの中間像を含む反射屈折光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
添付の図面を参照して、本発明に係る実施形態を以下に説明する。以下に説明する種々の図面において、各図面の左側を前側又は物体側と呼び、その反対側（右側）を後側又は像側と呼ぶ。従って、本明細書中で使用するように、結像対象の物体が配置される光学素子（レンズ又はミラー）側を光学素子の「物体面側」、「物体側」又は「前側」と言い換え可能である。また、像が形成される光学素子側を光学素子の「像面側」、「像側」又は「後側」と言い換え可能である。
【００３１】
図２は、反射屈折光学系２０の例示的な一実施形態を示す。光学系２０は、一般に、物体側から像側に光軸ＡＸに沿って順に一列に並べられた（軸アライメント）、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２及びレンズ群ＬＧを含む。第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１は単一の反射屈折光学素子（ＣＯＥ）１００で構成され、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は反射屈折光学素子（ＣＯＥ）２００を含む。第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１に近接して（短い距離出るが離間されて）且つそれと軸アライメントされて配置されるのが好ましい。第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１と第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２との間の離間距離は、ＣＧ１とＣＧ２との間に隙間（空隙）を残すか又は光学的に透明な物質（例えば、ガラス）の略平行な部品を挿入することにより実現されるブロックＢＫにより判定される。あるいは、ブロックＢＫは光学フィルタ又は位相板等に対応してもよい。尚、ＣＧ１とＣＧ２との間の離間距離は、位置合わせを容易にするのに役立つ。詳細には、ＣＧ１の像側の面及びＣＧ２の物体側の面が略平坦である場合、それらの間に透明なブロックＢＫ（又は空隙）を配置することにより、これらの２つの精巧な光学面の直接接触が回避され、それらの位置合わせが更に容易になる。物体から射出した光がＣＧ１内で全反射により反射されるようにするために、ＣＧ１とＣＧ２との間の空間は屈折率がＣＧ１の屈折率より低い媒体（物質）で充填される必要がある。特に、空間が空気である場合、ＣＧ１のＴＩＲ領域における全反射に対する臨界角は減少される。これは、遮光率も減少されることを意味する。
【００３２】
動作において、反射屈折光学系２０は、物体面ＯＰに位置する物体Ｏの像ＩＭを像面ＩＰにおいて形成するように構成される。像面ＩＰは、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等の固体画像センサＳの画像面に対応してもよい。反射屈折光学系２０は、リソグラフィ投影系の場合のように、物体面Ｏと像面ＩＰとを入れ替えて逆向きで動作することもできる。
【００３３】
図３は、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１を詳細に示す図であり、図４は、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２を詳細に示す図である。図３に示すように、ＣＯＥ１００の湾曲した物体側の面１０１（正面図）の平面図を図面の最左部分に示し、ＣＯＥ１００の平坦な像側の面１０２（背面図）の平面図を図面の最右部分に示す。ＣＯＥ１００の側面図を図面の中央部分に示す。詳細には、図３は、互いに対向する物体側の面１０１及び像側の面１０２を有するＣＯＥ１００を示す。像側の面１０２は湾曲しない略平坦（平面的）な面である。物体側の面１０１は湾曲面であり、軸に対して対称な（軸対称の）球面又は非球面形状を有してもよい。図３において、像側の面１０２側から見た場合、物体側の面１０１は凹面である。
【００３４】
図３に示すように、物体側の面１０１は、光軸ＡＸを中心とする円形透過部分１３０（物体側透過部分）と円形透過部分１３０の周囲の軸対称の範囲内の反射部分１２０（物体側反射部分）とを含む。光軸ＡＸを中心とする円形透過部分１３０は光学的に透明な（透過）領域であり、光軸ＡＸ上に配置され且つ物体面ＯＰに位置する物体Ｏから射出した光を透過するために用いられる。第１の面１０１の少なくとも反射部分１２０は、その像側に対して凹面である湾曲形状を有する。物体側の面１０１の反射部分１２０は、内側（内部）凹面ミラーと考えられるものを形成するために高反射材料の膜で被覆されるのが好ましい。すなわち、反射部分１２０は第１のミラーＭ１として用いられるＣＯＥ１００の外側領域内の領域であり、円形透過部分１３０は光軸ＡＸを同心とし且つ反射被覆膜で被覆されない領域である。オプションとして、透過領域１３０は、物体Ｏから第２の面１０２への光線の透過を増加するために反射防止被膜（膜）で被覆されてもよい。
【００３５】
ＣＯＥ１００の像側の面１０２は、光軸ＡＸを中心とする中央透過領域１７０（像側透過部分）と、中央透過領域１７０の周囲の回転対称の範囲内の環状反射領域１５０（像側反射部分）と、環状反射領域１５０の周囲の回転対称の領域内の全反射（ＴＩＲ）領域１１０（像側ＴＩＲ部分）とを含む。少なくとも中央透過領域１７０及びＴＩＲ領域１１０は、どんな反射被覆も有さない透明な面であるため、所定の入射角で入射する光を透過する。環状反射領域１５０は、高反射材料で像側の面１０２の領域を被覆するか又は何らかの従来の既知の処理により正反射性にされるのが好ましい。更に詳細には、図３に示すように、環状反射領域１５０（斜線領域）は、中央透過領域１７０の周囲の回転対称の範囲内であり且つＴＩＲ領域１１０内である正反射膜で被覆された像側の面１０２の領域を含む。すなわち、環状反射領域１５０は、ＴＩＲ領域１１０の反射機能を光軸ＡＸに向けて拡張（拡大）するために用いられる。
【００３６】
環状反射領域１５０を形成する正反射膜は、例えばアルミニウム及び銀等の金属膜、あるいは異なる材料から作成された多層膜から選択される。反射膜の厚さは、例えば数十ナノメートルと数百マイクロメートルとの間で選択されてもよい。更に詳細には、反射膜の厚さ及び材料は、使用される光の波長に従って選択されてもよい。ＣＯＥ１００の材料は、例えばクラウンガラス、フリントガラス、異常分散ガラス、溶解石英、螢石等、並びにそれらの等価物及び組み合わせから選択可能である。従って、ＣＯＥ１００は、平凸レンズとして成形され且つ少なくとも片側に内部正反射面を有する透明材料（例えば、ガラス）から作成された固体レンズであると考えられる。
【００３７】
ＣＯＥ１００、特に環状反射領域１５０の構造及び機能に関する更なる詳細は、本出願の譲受人により本出願と同時に出願され且つ本明細書に参照により組み込まれる米国特許出願「ＣＡＴＡＤＩＯＰＴＲＩＣ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＥＬＥＭＥＮＴ  ＡＮＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＳＡＭＥ」（代理人整理番号２０００−１１３２１−ＣＩＮＣ）において見られる。
【００３８】
次に図４を参照して、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２を説明する。本実施形態において、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は反射屈折光学素子（ＣＯＥ）２００を含み、これは１つ以上の部分（例えば、結合された反射素子及び屈折素子）から作成される固体光学素子として実現されてもよい。物体側から像側（図４の左から右）に見た場合、ＣＯＥ２００は、互いに対向する物体側の面２０１及び像側の面２０２を有する。
【００３９】
ＣＯＥ２００の像側の面２０２は、光軸ＡＸを中心とする円形透過部分２７０（像側透過部分）と、円形透過部分２７０の周囲の回転対称の範囲内の反射部分２１０（像側反射部分）とを含む。反射部分２１０は、何らかの既知の処理により銀めっきを施されるか又は正反射性にされる。従って、反射部分２１０はミラーＭ２と考えられる。
【００４０】
物体側の面２０１は、光軸ＡＸを中心とする円形内部反射部分２３０（物体側内部反射部分）と、円形反射部分２３０の周囲の回転対称の範囲内の透過部分２２０（像側透過部分）とを含む。物体側の面２０１の少なくとも反射部分２３０は、その像側に対して凸面である（像側の面２０２に対して凸面である）湾曲形状を有する。すなわち、反射部分２３０は、実際は光軸ＡＸを中心とし且つ像側の面２０２に対向する内部凸面ミラーＭ３である。透過部分２２０は平坦であるのが好ましく、どんな被膜も有さない。あるいは、特定の実施形態において、透過部分２２０は非球面又は球面の湾曲面を含む（その場合、曲率半径は反射領域２３０の曲率半径よりはるかに大きい）。更に、オプションとして、透過部分２２０は光透過率を向上するために反射防止材料で被覆されてもよい。すなわち、図４に示すように、本実施形態において、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は基本的に、物体側の面２０１上の内部正反射領域２３０及び像側の面２０２上の内部正反射領域２１０を有する単一の反射屈折光学素子（ＣＯＥ２００）から構成される。図５に示すように、像側の反射領域２１０を凹面ミラーＭ２と呼び、物体側の反射領域２３０を凸面ミラーＭ３と呼ぶ。
【００４１】
次に物体面ＯＰから像面ＩＰへの光路（図２を参照）を考慮すると、物体Ｏから射出した光が複数回反射されて物体面ＯＰから像面ＩＰへ進む場合、光軸ＡＸに沿って物体面ＯＰに配置された物体Ｏの像ＩＭは像面ＩＰにおいて取得される。当業者には既知であるように、多重反射は光学系の全長を最小化する一方で、光学系の総焦点距離、開口数及び倍率を大幅に増加する。しかし、これは遮光率が大きく且つ収差が増大された光学系設計につながる。しかし、本出願において、適切に構成された場合、反射屈折光学素子の適切な組み合わせにより負の色収差が正の色収差をオフセットする（相殺する）ことができ、それと同時に、正のペッツヴァル湾曲が負のペッツヴァル湾曲を相殺する。更に詳細には、本明細書中で使用されるように、用語「オフセットする」又は「相殺する」は、誤差、異常又は望ましくない効果の抑制、無効化、平衡させるための補償、オフセットを行うために、何かを無効にする動作を示すことを意図する。従って、明細書及び特許請求の範囲において、第１の値が第２の値により実質的に無効にされる場合、第１の値は第２の値により「相殺される」と考えられる。更に、本明細書において開示されるように、屈折面及び反射面の適切な組み合わせは、遮光率を減少し、ＮＡを増加し且つ光学系の位置合わせを容易にするという利点を有する。従って、本出願の残りの部分において、光路に含まれる反射数に基づいて実施形態の種々の例を説明する。そのために、各正反射面をミラーＭｉと呼ぶ（「ｉ」は、光が物体面ＯＰから像面ＩＰに進む方向において数えた正反射面の順番に対応する正の整数である）。
＜４重反射型反射屈折系＞
図２〜図５に示すように、物体Ｏから射出された光線は、物体側透過領域１３０を通過して第１の反射光学ユニットＣＧ１に入射し、ＣＯＥ１００の像側の面１０２に入射する。入射光線は像側の面１０２において第１の反射が発生する。これは全反射によるものであるが、環状反射領域が像側の面１０２上に提供される場合は正反射される。いずれの場合も、像側の面１０２から、入射光線は物体側反射部分１２０（ミラーＭ１とも呼ぶ）に向けて反射され、そこで像側に向けて反射され、像側の面１０２を通過して射出する。物体側の面１０１の形状設計に依存して、光線は像側の面１０２を通過して光軸ＡＸに対して略平行に射出する。
【００４２】
引き続き図３を参照すると、像側の面１０２上のＴＩＲ領域１１０は、臨界角θｃより大きく且つ周辺角θｍ以下である入射角で入射した光線Ｒ２及びＲ３を反射する（全反射により）ように構成される。更に、臨界角θｃ以下であり且つ最小遮光角θｌ以上である入射角で入射した光線Ｒ１及びＲ２を正反射するために環状反射領域１５０が提供される。物体側の面１０１上の反射部分１２０（ミラーＭ１とも呼ぶ）は、光線を像側の面１０２のＴＩＲ領域１１０に向けて反射するように構成される。このように、本発明においては図１の従来技術と異なり、周辺角θｍより小さく且つ最小遮光角θｌより大きい入射角で像側の面１０２に入射する光線Ｒ１〜Ｒ４の全てが像形成に寄与する。従って、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１の構造は、非常に高いＮＡ値での結像、向上された像のコントラスト及び最適な光強度を可能にするために役立つことが理解される。
【００４３】
次に、像側の面１０２のＴＩＲ領域１１０を通過して射出すると、光線はＣＯＥ２００に進む。詳細には、図５に示すように、光線がＣＯＥ１００のＴＩＲ領域１１０から射出し且つＣＯＥ２００の透過領域２２０を通過して第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２に入射する場合、入射光線はＣＯＥ２００の湾曲した像側反射領域２１０（ミラーＭ２）により第３の反射が発生する。その後、光線は、ＣＯＥ２００の物体側反射面２３０（ミラーＭ３）に向けて反射される。この時、光線は第４の反射が発生する。すなわち、反射ミラーＭ３は、光軸ＡＸに沿って像側の面２０２に向けて光線を反射する。
【００４４】
図２に示すように、像側の面２０２の透過領域２７０を通過して射出する際、レンズ群ＬＧは最初に、第１の中間像面ＩＭＰ１上に光線を集束させて中間像ＩＩＭ１を形成する。以降、中間像ＩＩＭ１は、レンズ群ＬＧの残りの部分に対する物体として用いられ、像面ＩＰにおいて最終像ＩＭを形成する。
【００４５】
引き続き図２〜図５を参照すると、物体側の面１０１の反射部分１２０（凹面ミラーＭ１）は、外向きのペッツヴァル湾曲を生成する。しかし、光が第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１（ＣＯＥ１００）から射出して第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２（ＣＯＥ２００）に入射し且つ最初の波長に対するＣＧ１の屈折率がＣＧ２の屈折率と同一である場合、ＣＯＥ１００の像側の面１０２の形状がＣＯＥ２００の物体側の面２０１の形状と略同一であり且つＣＧ１とＣＧ２との間の空間が非常に小さいため、単色収差は殆ど生じない。更に詳細には、ＣＯＥ１００の像側の面１０２上のＴＩＲ領域１１０の形状（平坦形状）はＣＯＥ２００の物体側の面２０１上の透過部分２２０の形状（平坦形状）と略同一である。更に、ＣＯＥ１００の像側の面１０２上のＴＩＲ領域１１０は、ＣＯＥ２００の物体側の面２０１上の透過部分２２０に対して略平行である。このように、ＣＧ１の材料（例えば、ガラス）がＣＧ２の材料と同一である場合、色収差は殆ど生じない。更に詳細には、像側の面１０２の形状が透過部分２２０の形状と同一である場合、２２０により生成される収差の符号は１０２により生成される収差の符号と逆である。更に、ＣＧ１とＣＧ２との間の距離が短いため１０２における光線の高さが２２０における高さと同一であるため、１０２による収差量は２２０による収差量と同一である。それでもなお、外向きのペッツヴァル湾曲がＣＯＥ２００に入射する光線に依然として存在する。その後、光線は、凹面ミラーＭ２により凸面ミラーＭ３に向けて収束されるように後向きに反射される。今度は、凹面ミラーＭ２が外向きのペッツヴァル湾曲を更に追加する。その後、凸面ミラーＭ３は中間像面ＩＭＰ１に光線を集束させ、中間像ＩＩＭ１を形成する。凸面ミラーＭ３は、凹面ミラーＭ１及びＭ２により生成された外向きのペッツヴァル湾曲を補償するのに充分な内向きのペッツヴァル湾曲を有利に生成する。その後、レンズ群ＬＧは像面ＩＰにおいて最終像ＩＭを生成する。製造及び位置合わせを容易にするために、レンズ群ＬＧは反射屈折光学ユニットＣＧ１及びＣＧ２とは別にレンズ群ＬＧ内でどんな収差も補償するように設計されるのが好ましい。
＜６重反射型反射屈折系＞
本明細書において開示される本発明によると、２種類の６重反射型反射屈折系が存在する。一方は１つの中間像を有し、他方は２つの中間像を有する。
【００４６】
図６は、本発明の一実施形態に係る６重反射を行う複数の反射屈折光学ユニット及び１つの中間像を含む反射屈折光学系６０を示す。図６に示すように、反射屈折光学系６０は、物体側から像側に光軸ＡＸに沿って順に一列に並べられた（軸アライメント）第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２、第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３及びレンズ群ＬＧを含む。
【００４７】
当業者には理解されるように、反射屈折光学系６０における反射屈折光学ユニットＣＧ１及びＣＧ２は、図２〜図５を参照して上述した対応する反射屈折光学ユニットと略同様である。従って、不必要な反復を避けるために、上述した図中符号を有する要素を再度説明しない。例えば図６において、反射屈折光学系６０の第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１は図２の反射屈折光学系２０のＣＧ１と基本的に同一である。同様に、図６の第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は図２の反射屈折光学系２０のＣＧ２と同様である。しかし、図６に示すように、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は凹面ミラーＭ２及び凸面ミラーＭ３から構成されてもよく、あるいは反射光学素子及び屈折光学素子の他の組み合わせから構成されてもよい。尚、凹面ミラーＭ２は光軸ＡＸと位置合わせされた中央領域を中心とする屈折（透過）部分を含む。第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３は、ＣＧ３の像側及び物体側の正反射面をそれぞれ提供する２つのマンギンミラーＭ４及びＭ５により形成される。更に詳細には、ＣＧ３の物体側において、第１のマンギンミラーは像側に対して凸面である正反射面を提供する。ＣＧ３の像側において、第２のマンギンミラーは物体側に対して凹面である正反射面を提供する。
【００４８】
次に物体面ＯＰから像面ＩＰへの光路を参照すると、図６の光学系６０において、光路は以下のように存在する。光線は、上記の図２〜図５を参照して上述した４重反射型反射屈折系と同様の方法で物体面ＯＰから中間像面ＩＭＰ１に伝播する。従って、上述のように、光学系の最初の４つの反射は中間像面ＩＭＰ１において第１の中間像ＩＩＭ１を形成するために用いられる。
【００４９】
その後、中間像ＩＩＭ１からの光線は第１のマンギンミラーＭ５の透過領域を通過して像側に向けて進み、第２のマンギンミラーＭ４の正反射面に到達する。マンギンミラーＭ４に入射した光線は第５の反射が発生し、物体側に向けて後向きに反射され（収束されるように）、第１のマンギンミラーＭ５の正反射領域（外側領域内）に到達する。その後、光線は第１のマンギンミラーＭ５の正反射領域において第６の反射が発生し、マンギンミラーＭ５により反射された後、光線はマンギンミラーＭ４の透過部分（反射被膜で被覆されない領域）を通過して透過される。マンギンミラーＭ４から射出すると、レンズ群ＬＧは像面ＩＰ上に光線を集束して最終像ＩＭを形成する。従って、光学系６０の最初の４つの反射により中間像面ＩＭＰ１において形成された中間像ＩＩＭ１は、第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３及びレンズ群ＬＧにより結像される物体として用いられると言うことができる。
【００５０】
図６の反射屈折光学系６０において、ＣＧ１及びＣＧ２は色収差を無視できるレベルまで実質的に最小化するように設計され、ミラーＭ１、Ｍ２及びＭ３はそれぞれ、外向きのペッツヴァル湾曲、外向きのペッツヴァル湾曲及び内向きのペッツヴァル湾曲を生成するように設計されるのが有利である。従って、４重反射型反射屈折系２０を参照して上述したように、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１及び第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は各収差を実質的に補償できる。更に、反射屈折系６０において、凹面マンギンミラーＭ４は外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、凸面マンギンミラーＭ５は内向きのペッツヴァル湾曲を生成する。このように、ミラーＭ４及びＭ５のペッツヴァル湾曲は互いに補償して、ペッツヴァル湾曲又は色収差が実質的に存在しない最終像ＩＭを生成すると考えられる。凸面ミラーＭ５が過剰な内向きのペッツヴァル湾曲を生成する場合、レンズ群ＬＧはミラーＭ４により補償されないペッツヴァル湾曲を補償するのに充分な外向きのペッツヴァル湾曲を生成するように設計可能である。この逆も成立する。すなわち、凹面ミラーＭ４が過剰な外向きのペッツヴァル湾曲を生成する場合、レンズ群ＬＧはミラーＭ５により補償されないペッツヴァル湾曲を補償するのに充分な内向きのペッツヴァル湾曲を生成するように設計可能である。
【００５１】
図７は、本発明の一実施形態に係る６重反射を行う複数の反射屈折光学ユニット及び２つの中間像を含む反射屈折光学系７０を示す。図７に示すように、反射屈折光学系７０は、物体側から像側に光軸ＡＸに沿って順に一列に並べられた（軸アライメント）、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２、第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３及びレンズ群ＬＧを含む。
【００５２】
図７において、反射屈折光学系７０の第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１は図２の反射屈折光学系２０のＣＧ１と基本的に同一である。同様に、図７の第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は図２の反射屈折光学系２０のＣＧ２と同様であってもよい。あるいは、図７において、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は凹面ミラーＭ２及び凸面ミラーＭ３から構成されてもよい。凹面ミラーＭ２は、光軸ＡＸと位置合わせされた中央領域を中心とする透過部分を含むのが好ましい。第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３は、反射屈折光学ユニットＣＧ３の像側及び物体側にそれぞれ存在する一対の正反射ミラーＭ４及びＭ５により形成される。尚、図６の反射屈折光学系６０と異なり、図７の反射屈折光学系は物体Ｏの最終像ＩＭを形成するために２つの中間像を生成する。
【００５３】
更に詳細には、図７の反射屈折光学系７０において、物体面ＯＰから像面ＩＰへの光路は６つの反射を含み、各反射はミラーＭ１〜Ｍ６の各正反射面において提供される。物体Ｏから第１の中間像面ＩＭＰ１への光線路は図１〜図５を参照して上述した４重反射型反射屈折系の光線路と同様であり、第１の中間像ＩＩＭ１は第１の中間像面ＩＭＰ１において形成される。図７の反射屈折光学系の１つの顕著な特徴は、第１の中間像面ＩＭＰ１がミラーＭ２とミラーＭ３との間に位置し、すなわち、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２内に位置することである。第２の中間像面は、第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３の像側に位置する。従って、第１の中間像ＩＩＭ１からの光線はミラーＭ２及びミラーＭ５の各透過セクション（空洞又は非反射領域）を通過する。従って、第１の中間像ＩＩＭ１に対応する光線は、最初にミラーＭ４により物体側に向けて反射される。その後、この光線はミラーＭ５により像側に向けて反射され、それにより光線はミラーＭ４の透過セクション（空洞又は非反射領域）を通過する。ミラーＭ４を通過して射出する際、光線は第２の中間像面ＩＭＰ２上に集束され、第２の中間像ＩＩＭ２を形成する。この場合、第２の中間像ＩＩＭ２はレンズ群ＬＧに対する物体として用いられ、レンズ群ＬＧは像面ＩＰにおいて最終像ＩＭを形成する。
【００５４】
図７の反射屈折光学系７０において、ＣＧ１及びＣＧ２は色収差を無視できるレベルまで実質的に最小化するように設計され、ミラーＭ１、Ｍ２及びＭ３はそれぞれ、外向きのペッツヴァル湾曲、外向きのペッツヴァル湾曲及び内向きのペッツヴァル湾曲を生成するように設計されるのが有利である。従って、４重反射型反射屈折系２０を参照して上述したように、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１及び第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２は各収差を実質的に補償できる。更に、反射屈折系７０において、凹面ミラーＭ４は外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、凹面ミラーＭ５は更なる外向きのペッツヴァル湾曲を生成する。この場合、ミラーＭ４及びＭ５のペッツヴァル湾曲は互いに累積されるため、ペッツヴァル湾曲が実質的に存在しない最終像ＩＭを生成するために、レンズ群ＬＧはミラーＭ４及びＭ５の累積された外向きのペッツヴァル湾曲を補償するのに十分な内向きのペッツヴァル湾曲を生成するために使用される。
＜８重反射型反射屈折系＞
図８は、本発明の一実施形態に係る８重反射を行う複数の反射屈折光学ユニット及び２つの中間像を含む反射屈折光学系８０を示す。図８において、反射屈折光学系８０は、物面ＯＰから像面ＩＰへの順序で光軸ＡＸに沿って一列に並べられた（軸アライメント）第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２、第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３、第４の反射屈折光学ユニットＣＧ４及びレンズ群ＬＧを含む。
【００５５】
図８において、反射屈折光学系８０の第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１、第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２及び第３の反射屈折光学ユニットＣＧ３はそれぞれ、図６の反射屈折光学系７０のＣＧ１、ＣＧ２及びＣＧ３と基本的に同一である。従って、簡潔にするために重複する説明を省略する。図７の反射屈折光学系７０と同様に、図８の反射屈折光学系８０は、第１の中間像面ＩＭＰ１及び第２の中間像面ＩＭＰ２において２つの中間像ＩＩＭ１及びＩＩＭ２をそれぞれ生成して、物体Ｏの最終像ＩＭを形成する。
【００５６】
更に詳細には、物体面ＯＰから第２の中間像面ＩＭＰ２への光線路は図７を参照して上述した６重反射型反射屈折系の光線路と同様であり、第２の中間像ＩＩＭ２は第３の反射屈折光学ユニットＧ３の像側の第２の中間像面ＩＭＰ２において形成される。図８において、更なる（第４の）反射屈折光学ユニットＣＧ４が正反射ミラーＭ６及びマンギンミラーＭ７により形成される。ミラーＭ６は物体側に対して凹面であるが、マンギンミラーＭ７は光学系８０の像側に対して凸面である反射面を有する。
【００５７】
図８において、第２の中間像ＩＩＭ２は、第４の反射屈折光学ユニットＣＧ４及びレンズ群ＬＧに対する物体として用いられる。詳細には、第２の中間像面ＩＭＰ２からの光線は最初にミラーＭ７の透過セクション（空洞又は非反射領域）を通過し、ミラーＭ６により物体側に向けて反射される。その後、この光線はミラーＭ７により像側に向けて反射され、光線はミラーＭ６の透過セクション（空洞又は非反射領域）を通過する。ミラーＭ６を通過して射出する際、光線はレンズ群ＬＧにより最終像面ＩＰ上に集束され、最終像ＩＭを形成する。
【００５８】
図８の反射屈折光学系８０において、ＣＧ１及びＣＧ２は、色収差を無視できるレベルまで実質的に最小化するように設計され、ミラーＭ１、Ｍ２及びＭ３はそれぞれ、外向きのペッツヴァル湾曲、外向きのペッツヴァル湾曲及び内向きのペッツヴァル湾曲を生成するように設計されるのが有利である。更に、図７と同様に、図８の凹面ミラーＭ４及びＭ５は累積される外向きのペッツヴァル湾曲を生成する。更に、反射屈折系８０において、ミラーＭ６は更なる外向きのペッツヴァル湾曲を生成し、凸面ミラーＭ７は内向きのペッツヴァル湾曲を生成する。ミラーＭ７の内向きのペッツヴァル湾曲は、Ｍ４、Ｍ５及びＭ６の累積された外向きのペッツヴァル湾曲を完全に補償できると考えられる。しかし、ミラーＭ４、Ｍ５及びＭ６の累積されたペッツヴァル湾曲が凸面ミラーＭ７により完全に補償されない場合、レンズ群ＬＧは、必要に応じて外向き又は内向きのいずれかのペッツヴァル湾曲を生成するように設計可能である。図８に示す例において、レンズ群ＬＧは、ミラーＭ４〜Ｍ７により生成されたペッツヴァル湾曲を完全に補償するのに十分な外向きのペッツヴァル湾曲を生成するのが好ましい。
【００５９】
表１は、図２、図６、図７及び図８をそれぞれ参照して上述した各反射屈折光学系２０、６０、７０及び８０により提供されるペッツヴァル湾曲を補正する機能の概要を示す。  
【００６０】
ペッツヴァル湾曲の補正の概要
【表１】
2014013380.tif 000006
【００６１】
表１から、各反射屈折光学ユニットが外向きのペッツヴァル湾曲及び内向きのペッツヴァル湾曲をオフセットする（相殺する）方法が理解される。例えば図２に対応する光学系２０において、凹面ミラーＭ１及びＭ２により提供される外向きの（負の）ペッツヴァル湾曲の和はミラーＭ３の内向きの（正の）ペッツヴァル湾曲により相殺される（詳細は図５を参照）。同じ分析が図６、図７及び図８に当てはまる。
【００６２】
表２は、図２、図６、図７及び図８をそれぞれ参照して上述した各反射屈折光学系２０、６０、７０及び８０により提供される軸上色収差を補正する機能の概要を示す。
【００６３】
軸上色収差の補正の概要
【表２】
2014013380.tif 000007
【００６４】
表２は、図２に対応する光学系２０において、第１の反射屈折光学ユニットＣＧ１の負の色収差が第２の反射屈折光学ユニットＣＧ２により生成された正の軸上色収差によりオフセットされる（相殺される）ことを示す。更に、図６、図７及び図８にそれぞれ対応する光学系６０、７０及び８０に対して、レンズ群ＬＧは必要に応じて負又は正の軸上色収差を提供するように特別に設計可能である。
【００６５】
このように、上記で開示した反射屈折光学系の種々の例は理論上の限界に近い像を生成できることが容易に明らかであり、このことはこれまで発明者に知られていなかった。
【００６６】
図２、図６、図７又は図８の光学系２０、６０、７０及び８０をそれぞれ使用した場合に取得される像の品質の概要を以下の表３に示す。
【００６７】
光学系の特徴及び像の品質の概要
【表３】
2014013380.tif 000008
【００６８】
＜数値例＞
図２、図６、図７及び図８においてそれぞれ示した反射屈折光学系２０、６０、７０及び８０を表す数値例１〜４に対応するデータを次に説明する。本明細書中で提示される各数値例において、参照指標「ｉ」（ｉ＝１、２、３．．．）は、参照指標「ｉ」（ｉ＝１、２、３．．．）は、光学系における物体面ＯＰから像面ＩＰへの面の順序を示す。これを前提として、「半径」データＲｉはｉ番目の曲率半径（ｉ番目の平面における）に対応し、厚さＴｉはｉ番目の面と（ｉ＋１）番目の面との間の軸上距離又は空間を示し、符号ｎｄｉ及びνｄｉはそれぞれ、フラウンホーファーｄ線に対するｉ番目の光学素子の材料の屈折率及びアッベ数を示す。ｎｄｉ及びνｄｉに対するデータを有さない面番号は、この面番号が空気の空間を表すことを示す。半径Ｒ＝１．００Ｅ＋１８（式中、１Ｅ＋Ｘは１×１０＋Ｘに等しい）は、略無限の半径、すなわち平坦面を示す。更に、各数値例において、物体Ｏは第１の光学面の物体側で物体面ＯＰに位置し且つ且つ光軸ＡＸ上に位置すると仮定する。すなわち、物体Ｏは光学系と軸方向に位置合わせされると仮定する。開口絞りＳＴＯは、物体空間が略テレセントリックであると考えられるように物体Ｏから相対的に離れた距離に位置すると仮定する。詳細には、物体空間テレセントリック系（すなわち、事実上無限遠に位置する射出瞳を有する光学系）を形成するために、開口絞りＳＴＯは光学系の前焦点に位置すると考えられる。本明細書において、射出瞳が物体面ＯＰから少なくとも１００，０００ｍｍ離れた距離に位置する場合、射出瞳は事実上無限遠に位置すると言う。各数値例において、物体Ｏは第１の光学素子の屈折率に一致する屈折率を有する流体に浸漬されると考えられる。非球面が存在する場合、面番号の隣りに追加されたアスタリスク（「＊」）によりこれを示す。
【００６９】
各非球面において、円錐定数をｋで示す（ｋは円錐面を記述する数字であり、球面の場合は０であり、放物面の場合は−１であり、何らかの回転円錐を記述する場合は他の数値を用いる）。非球面の多項式の次数係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｊ．．．で示す。これらはそれぞれ、４次係数、６次係数、８次係数、１０次係数、１２次係数、１４次係数及び１６次係数を示す。面の頂点を基準として光軸から高さｈの位置における光軸方向の変位をｚで示す。非球面における変位は以下に示す式（６）に基づく。
【００７０】
【数６】
2014013380.tif 000009
・・・（６）
【００７１】
数値例１（図２の光学系２０に対応する）。数値例２（図６の光学系６０に対応する）。数値例３（図７の光学系７０に対応する）。数値例４（図８の光学系８０に対応する）。
【００７２】
数値例１の光学素子のデータ
【表４】
2014013380.tif 000010
2014013380.tif 000011
【００７３】
数値例１の非球面係数
【表５】
2014013380.tif 000012
【００７４】
数値例２の光学素子のデータ
【表６】
2014013380.tif 000013
2014013380.tif 000014
【００７５】
数値例２の非球面係数
【表７】
2014013380.tif 000015
【００７６】
数値例３の光学素子のデータ
【表８】
2014013380.tif 000016
2014013380.tif 000017
【００７７】
数値例３の非球面係数
【表９】
2014013380.tif 000018
【００７８】
数値例４の光学素子のデータ
【表１０】
2014013380.tif 000019
2014013380.tif 000020
【００７９】
数値例４の非球面係数
【表１１】
2014013380.tif 000021
【００８０】
例示的な実施形態を参照して本発明の種々の態様を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲の範囲は、そのような変更、並びに等価の構造及び機能の全てを含むように広範に解釈されるべきである。
【図２】
2014013380.tif 000022
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2014013380000001.pdf