(57)【要約】【課題】ＷＤの長い、あるいは非接触の観察光学系を提供すること。【解決手段】光源３０３と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子（負屈折率媒質３０１）と、光学素子の屈折率あるいは空気の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、利用する光の波長を変化させて、前記光学素子の屈折率の変動を補正する補正手段（光源駆動装置３５０）とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、利用する光の波長を変化させて、結像性能の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
波長可変な光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、前記光源からの出射光の波長を変化させて、前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【請求項３】
光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光源からの出射光の波長の変動により生ずる結像性能の変動を抑制するために、前記光源からの出射光の波長を所定の許容値内に抑制する制御機構と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、顕微鏡、リソグラフィー光学系、光ディスク光学系等の光学系を用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、これらの光学系では、解像力を向上させるため、水浸あるいは油浸、あるいは固体浸などの方法により、物体側ＮＡを向上させることが提案されていた（以下の文献１を参照）。一方、通常のガラスレンズ等とは異なる屈折特性を示す物質（例えばフォトニック結晶など）に関して以下のような文献がある（非特許文献２，３及び特許文献１、２）。
【非特許文献１】光学系の仕組みと応用  Ｐ７３−７７、Ｐ１６６−１７０  オプトロニクス社  ２００３年１１月１９日刊
【非特許文献２】J.B.Pendry Phys. Rev.Lett., Vol85, 18(2000) 3966-3969
【非特許文献３】M. Notomi Phy.Rev.B.Vol62(2000) 10696
【非特許文献４】L.Liu and S.He Optics Express Vol.12 No.20 4835-4840(2004)
【非特許文献５】V.G.Veselago Sov.Phys.Usp.Vol.10.509-514(1968)
【特許文献１】US 2003/0227415 A1
【特許文献２】US 2002/0175693 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の方法では標本面あるいは光ディスク面、ウェハ面と、レンズ又は水、油、フォトマスクとが接触しているあるいは３０ナノメートル程度の間隔しか離れていない等、作動距離（以下ＷＤと称する）が短かすぎるため、標本やレンズ等に損傷を与えるなど実用上の問題があった。
【０００４】
この点を解決するために、負屈折率媒質を用いた光学系が提案された（非特許文献４）。
【０００５】
しかし、この光学系には負屈折率媒質に製造誤差等で屈折率の設計値からのズレが生ずると、結像性能が低下する欠点があった。
【０００６】
この点に鑑みるに、本発明は、上記問題を解決したＷＤの長いあるいは非接触の、例えば観察光学系、結像光学系、投影光学系等、各種光学系を用いた光学装置等を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る光学装置は、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、利用する光の波長を変化させて、結像性能の変動を補正する補正手段と、を具備する。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る光学装置は、波長可変な光源と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、前記光源からの出射光の波長を変化させて、前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、を具備する。
【０００９】
また、本発明の第３の態様に係る光学装置は、光源と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光源からの出射光の波長の変動により生ずる結像性能の変動を抑制するために、前記光源からの出射光の波長を所定の許容値内に抑制する制御機構と、を具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、十分な光学性能を得ながらＷＤの長いあるいは非接触の各種光学系を用いた光学装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例であり、空気中に配置されている。光源３０３（例えば半導体レーザー）から出た光は照明レンズ３０４，半透鏡３０５を通り、対物レンズ３０６に入射する。対物レンズ３０６のＮＡは例えば１を越えており、エバネッセント波を励起できる。対物レンズ３０６には、正の屈折率を有する媒質で形成された光学素子、例えばガラスからなるレンズ３０６−１，３０６−２が含まれている。３５０は光源３０３を駆動するための光源駆動回路である。
【００１２】
図２は、図１の対物レンズ３０６近傍の拡大図を示している。ここでは、対物レンズ３０６の最も物体側の面を３１１とする。対物レンズ３０６の中間結像点をＦＦで表した。面３１１と中間結像点ＦＦの距離をｇとする。
【００１３】
中間結像点ＦＦからｄだけ離れた位置には例えば平行平板状の負屈折率媒質３０１が配置されている。ｄは中間結像点ＦＦと負屈折率媒質の上面３１０との距離を表す。ｄの値は例えば５０μｍである。３１２は負屈折率媒質３０１の物体側の面である。
【００１４】
物体３０７で散乱された光は、負屈折率媒質３０１，対物レンズ３０６，半透鏡３０５，接眼レンズ３０８を通り、眼３０９、あるいはＴＶカメラ、冷却ＣＣＤカメラ等で観察することができる。以下、この様子を詳述する。
【００１５】
ここで、負屈折率媒質３０１の屈折率を−１、厚さをｔ（例えば、３００μｍ）とする。ＷＤは負屈折率媒質３０１と物体３０７あるいは後述する結像部材の距離である。ＷＤについては後に詳述する。
【００１６】
負屈折率媒質３０１の屈折率が−１であるため、物体３０７で散乱された光線は図２の矢印で示すように通常と異なる屈折をする（非特許文献２参照）。
【００１７】
入射角をｉ、出射角をｒとすれば、屈折の法則により、
ｒ＝−ｉ                                  …式（０−３）
である。負屈折率媒質３０１の屈折率をｎとすれば
ｓｉｎ ｒ＝（１／ｎ）ｓｉｎ ｉ            …式（０−４）
である。
【００１８】
非特許文献２によれば
ｔ＝ＷＤ＋ｄ                              …式（１）
のとき、負屈折率媒質３０１は、物体３０７を中間結像点ＦＦに完全結像する。ここで言う完全結像とは、回折限界の影響を受けない、放射光も、エバネッセント波も含めた全ての電磁場としての光を結像することを指す。このためＦＦに物体があるのと等価となる。
【００１９】
ｇの値は、
０≦ｇ≦λ                                …式（０）
であり、中間結像点ＦＦは面３１１に非常に接近している。これはエバネッセント波を有効に利用するために望ましい条件である。実用的には
０≦ｇ≦１０λ                            …式（０−１）
でもよい場合がある。
【００２０】
なお、λは用いる光の波長であり、可視光の場合λは０．３５μｍ〜０．７μｍである。
【００２１】
このようにして、ＮＡ＞１．０の、エバネッセント波を含む結像が可能となるのである。そして、高解像度の顕微鏡が実現できる。
【００２２】
なお、用途によっては、
０≦ｇ≦１０００λ                        …式（０−１−０）
でもよい。
【００２３】
仮にｄ＝５０μｍとすれば式（１）よりＷＤ＝２５０μｍとなり、ＷＤの長いことは従来にないメリットであり、ｇが０〜数十ｎｍであれば、結像性能は対物レンズ３０６を物体３０７に直接ほぼ密着させた固体浸レンズとほぼ同等である。
【００２４】
本発明の一実施形態は、負屈折率媒質で形成された光学素子（負屈折率媒質３０１等）と結像光学系（対物レンズ３０６等）とを組合せて配置したことがポイントである。この実施形態では負屈折率媒質３０１の像側に結像光学系を配置した構成となっている。
【００２５】
そして、負屈折率媒質３０１によって結像された物体像（中間結像）を対物レンズ３０６によって再結像していることが特徴である。中間結像は図２の例では実像であるが、光学系の用途によっては虚像でもよい。また、図２の例では、照明光と観察光とが逆方向に計２回、負屈折率媒質３０１を透過している特徴がある。
【００２６】
以上の説明では、ｇ≧０の場合について述べたが、
ｇ＜０                                      …式（０−５）
でもよい。なぜなら、ｄ＋ｇ＞０                …式（０−６）
であれば、光学素子同士がぶつかることなく結像関係を維持できるからである。ｇ＜０というのはＦＦがレンズ（例えばレンズ３０６−１）の中に入ることを意味する。ただし、ｇが小さくなりすぎると、完全結像の条件がくずれてくるので、
−ｔ＜ｇ＜０                                …式（０−７）
を満たすことが望ましい。用途によっては、
−３ｔ＜ｇ＜０                              …式（０−８）
を満たせばよい。光学系によっては、
−１０ｔ＜ｇ＜０                            …式（０−９）
を満たせばよい場合もある。
【００２７】
なお、ｄ＋ｇ＝０でもよい。
【００２８】
ｇの値を実長で示せば、−１００ｍｍ＜ｇ＜０  …式（０−１０）
とするのが良い。ｇの値が式０−１０の下限を下まわるとレンズの製作が困難になってくる。
【００２９】
−１０ｍｍ＜ｇ＜０                          …式（０−１１）
とすればなお良い。
【００３０】
式（１）は厳密に守られなくてもよい。負屈折率媒質３０１による像位置は負屈折率媒質３０１の屈折率の製造誤差、面精度の誤差等で式（１）からずれる場合もあるからである。
【００３１】
０．５（ＷＤ＋ｄ）≦ｔ≦１．５（ＷＤ＋ｄ）    …式（２）
であればよい。
【００３２】
製品によっては
０．１５（ＷＤ＋ｄ）≦ｔ≦４．０（ＷＤ＋ｄ）    …式（３）
で許容される場合もある。
【００３３】
一方、負屈折率媒質３０１に製造誤差があり、屈折率が−１からずれた場合、完全結像の条件がくずれるために、落射型顕微鏡３０２の結像性能は低下してしまう。
【００３４】
しかしながら、非特許文献５に示されているように負屈折率媒質には色収差（色分散）がある。つまり光の波長が変化すると屈折率が変化するのである。
【００３５】
この様子を図３に実線で示した。従って、製造誤差，温度変化等で負屈折率媒質３０１の屈折率が−１からずれた場合でも、光源駆動装置３５０の光源駆動用のパラメータ３５１（例えば、光源３０３が半導体レーザの場合は注入電流）を変化させて、光源の波長をずらしてやれば負屈折率媒質３０１の屈折率を−１にすることができるのである。
【００３６】
例えば図３で示す例では、設計値では光源の波長が４１０ｎｍの時、負屈折率媒質３０１の屈折率は−１である。これが製造誤差，温度変化等で−１．０５にずれたとする。この時の色分散を点線で示した。この時、光源駆動装置３５０の駆動パラメータ３５１（例えば注入電流）を変化させて波長を４０５ｎｍにしてやれば、負屈折率媒質３０１の屈折率は−１に戻るので完全結像が実現できるのである。
【００３７】
なおこのとき、照明レンズ３０４，対物レンズ３０６，接眼レンズ３０８等の光学系は波長変化の範囲内で、許容できる限度以内に色収差を除去しておくことが望ましい。
【００３８】
負屈折率媒質３０１の屈折率を−１にするには次のようにすればよい。物体３０７の代わりにピンホールのあいた板を置く。光源駆動用パラメータ３５１を変化させつつその画像を観察し、ピンホールの像が最も尖鋭になったところで光源駆動用パラメータ３５１を固定すればよい。
【００３９】
以上説明した考え方は本願の他の実施形態にも同様に適用される。他の実施形態でも負屈折率媒質３０１の屈折率は例えば−１である。
【００４０】
図４は、本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた透過型の顕微鏡３１５を示している。図４では照明光学系３１６と対物レンズ３０６の近傍のみを拡大して図示してある。透過型顕微鏡３１５は空気中に配置されている。
【００４１】
光源３５３の光はプリズム３１７に入り、全反射をする角度でプリズム３１７の標本３１４側の面３１８に入射する。標本３１４はこのためエバネッセント波で照明されることになる。標本３１４からの散乱光は負屈折率媒質３０１で屈折され、中間結像点ＦＦ近傍に完全結像される。そして、対物レンズ３０６により再結像されて観察される。
【００４２】
式（０）、（０−１）、（０−３）、…、（０−１１）、（１）、（２）、（３）はこの例でも同様にあてはまる。
【００４３】
図４及び後述の図５、図６では、ｄの値はＷＤに比べて充分小さく、かつｇの値も０に近い場合を描いてある。図１，４の光学系は、走査型の顕微鏡にも応用できる。
【００４４】
光源３５３は出射光の波長を変化させることのできる光源である。光源部３５４と波長可変フィルター部３５５とから構成されている。光源部３５４はハロゲンランプ，キセノンランプ，水銀ランプ等で構成される。出射光の波長を変化させるには波長可変フィルター部３５５の分光透過特性を変化させればよい。
【００４５】
そのためには例えば波長可変フィルター部３５５を分光特性の異なるフィルター複数個を備えたターレットで構成し、異なるフィルターを光路中に挿脱可能にすればよい。フィルターは透過型でなくとも反射型でもよい。
【００４６】
あるいはフィルター自体の分光特性が変化するフィルター（チューナブルフィルターとも言う）を用いてもよい。
【００４７】
以上のようにして光源からの出射光の波長、あるいは波長域を変えることができるので図１、図２の例と同様に、負屈折率媒質３０１の屈折率が変動した場合でも屈折率を設計値に戻すことができ、より高精度の結像が実現できる。なお、光源として自然光（太陽光等）を用いてもよい。
【００４８】
図５は光ディスクの光学系３２０の実施形態である。光源３２１としての半導体レーザから出た光は半透鏡３０５，対物レンズ３２２，負屈折率媒質３０１を通って光ディスク３２３に結像し、書き込みが行なわれる。対物レンズ３２２のＮＡは１を越えており、対物レンズ３２２に非接触で微小スポット光によりエバネッセント光を含めてより高密度の書き込みができる。光学系３２０は空気中に配置されている。
【００４９】
負屈折率媒質３０１の結像関係は図２の実施形態で矢印の逆の方向に光を進めたと考えればよい。光ディスク３２３からの信号の読み出しの場合には、光源３２１から出た光は光ディスク３２３で散乱、負屈折率媒質３０１，対物レンズ３２２，半透鏡３０５へと進み、フォトディテクタ３２４に入る。非接触で高ＮＡでの読み出しが行なえる。
【００５０】
この例においても図１、２の例と同様に、光源駆動用パラメータ３５１を変化させて光源駆動装置３５０を介して光源駆動用パラメータ３２１を駆動することで、出射光の波長を変化させて、負屈折率媒質３０１あるいは空気の屈折率の変動を補正し光学系の結像状態の変化を補正することができる。
【００５１】
一方で、負屈折率媒質３０１の屈折率が設計値通りに製作された場合でも、光源３２１の温度変化等で出射光の波長が変動してしまい、そのために、負屈折率媒質３０１の屈折率が設計値からずれてしまうことがある。すると完全結像の条件が満されなくなり、結像状態が悪くなる。
【００５２】
そこで、光源駆動装置３５０の中に出射光の波長を一定に保つ機構３５７を設けると良い。温度変化に伴う出射光の波長変動を抑制するのであれば、機構３５７は温度補償回路であればよい。
【００５３】
あるいは出射光の一部をハーフミラー３５８で取出し、分光器３５９で波長を調べて光源駆動用パラメータ３５１を調節するような機構でもよい。
【００５４】
なお、書き込み時の構成で図６に示すように光源３２１と対物レンズ３２２の間にフォトマスク３２５を配置し、光ディスク３２３をシリコンウエハー３２６で置き換え、フォトマスク３２５とシリコンウエハー３２６を光学的に共役にすればＬＳＩ製造用の投影露光装置（ステッパー等）３４９ができる。ＮＡが１を越え、エバネッセント波を用いることができるので高解像度で、かつ非接触で露光ができ都合がよい。図６で、投影露光装置３４９の光学系は真空中に置かれている。
【００５５】
図５、図６の実施形態でも式（０）、（０−１）、（０−３）、…（０−１１）、（１）、（２）、（３）は成り立つ。
【００５６】
この例では、負屈折率媒質３０１の屈折率が設計値からずれた場合に、光源の出射光の波長を変化させて補正するのにいくつかの異なる波長の光源３６３Ａ，３６３Ｂ，３６３Ｃ…を用意しておき、それらを光学系３２０に順番に取付け、最も結像状態が良くなるものを選び出すようにしている。波長の大幅な変化が可能になるメリットがある。
【００５７】
あるいは光学系３２０に光路切り換え機構を設け、３６３Ａ，３６３Ｂ，３６３Ｃを選択的に用いるようにしてもよい。
【００５８】
図７は、従来提案されている密着型のリソグラフィーを示す図である。線幅２０ｎｍ程度の透明なポリマーフォトマスク３３０に上方から照明光が当てられると、凸部３３１の下方にエバネッセント波が発生し、シリコンウエハー３２６上のフォトレジストを感光させる。そしてＬＳＩの製造が行なわれる。ポリマーフォトマスク３３０は微細構造を有する部材である。しかし、ポリマーフォトマスク３３０とシリコンウエハー３２６は密着させねばならず、使用時にポリマーフォトマスク３３０の寿命が短かい、ポリマーフォトマスク３３０がこわれやすい等の問題があった。この問題はポリマーフォトマスクの代わりにクロムフォトマスクを用いても生じていた。
【００５９】
そこでこの点に鑑みるに本発明によれば負屈折率媒質３０１を用いることにより非接触で高解像度のリソグラフィーを実現できる。
【００６０】
図８は、その説明図であり、シリコンウエハー３２６とポリマーフォトマスク３３０の間に、ポリマーフォトマスク３３０に密着、あるいはごく接近させて負屈折率媒質３０１の平行平板を配置したものである。図８の光学系は、真空中あるいは空気中に配置されている。
【００６１】
このようにすればポリマーフォトマスク３３０の凸部３３１の下方に発生したエバネッセント波は負屈折率媒質３０１で完全結像され、シリコンウエハー３２６上に像を作る。結像倍率は１倍である。このようにしてＷＤの大きい、高解像度のリソグラフィーが実現できる。
【００６２】
凸部３３１と負屈折率媒質３０１の距離をｄとすれば式（１）〜（３）を満たす。
【００６３】
対物レンズ３０６，対物レンズ３２２，投影レンズ３２８についてであるが、これらの光学系の物体側又は光ディスク側又はシリコンウエハー３２６側のＮＡは１．０以上であることが望ましいが、１．０未満でも良い。例えば０．２以上、あるいはそれ以下でも良い。なぜなら負屈折率媒質３０１によってＷＤを伸す効果はあるからである。
【００６４】
この例についても、負屈折率媒質３０１の屈折率が設計値からずれた場合、それを補正するのに、光源３７０の波長を変えることを用いることができる。光源３７０の波長を変えるのにはこれまでの実施形態で述べた様々な方法を用いることができる。
【００６５】
なお、負屈折率媒質３０１の形状についてであるが、図１、２、４、５、６の実施形態において、負屈折率媒質３０１の形状は平行平板でなくても良い。
【００６６】
負屈折率媒質３０１として、図９に示すように、負屈折率媒質３０１で形成され、物体側に凹面を有するレンズ３０１−２を用いても良い。ＷＤを伸ばす効果に加えて収差補正の効果等が得られる。図９において負屈折率媒質３０１でできたレンズ３０１−２は片側が平面で、もう一方の面が凹の曲面であるが、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、メニスカス凸レンズ、メニスカス凹レンズ等の形状でも良い。
【００６７】
負屈折率媒質３０１でできたレンズ３０１−２の曲面の形状は、球面でも、非球面でも、自由曲面でも回転非対称面、拡張曲面等でも良い。
【００６８】
以下、本発明に共通して言える内容を述べる。負屈折率媒質３０１の具体的な物質としてはフォトニック結晶が挙げられる。図１０は、フォトニック結晶３４０の第１の具体例を示し、図１１は、フォトニック結晶３４０の第２の具体例を示している。図１０，図１１に示すように、フォトニック結晶３４０はλ〜数分の１λ程度の周期的な構造を持つ物質で、リソグラフィー等によって作られる。材質はＳｉＯ2 ，アクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂などの誘電体、ＧａＡｓ等である。ここでλは使用する光の波長である。図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向の繰返しの周期Ｓｘ ，Ｓｙ ，Ｓｚ の値がλ〜数分の１λ程度の値を持つ。フォトニック結晶のバンド端近傍で負屈折率を実現することができることが知られている（非特許文献３を参照のこと）。図のｚ方向を光学系の光軸とするのが良い。
【００６９】
Ｚ軸は、フォトニック結晶の回転対称性の最も良い軸の方向である。
【００７０】
Ｓx ，Ｓy ，Ｓz は次式のいずれかを満すことが望ましい。
【００７１】
λ／１０＜Ｓx ＜λ                          …式（５−１）
λ／１０＜Ｓy ＜λ                          …式（５−２）
λ／１０＜Ｓz ＜λ                          …式（５−３）
Ｓx ，Ｓy ，Ｓz の値が上限を越えても下限を下回ってもフォトニック結晶として機能しなくなる。
【００７２】
用途によっては、
λ／３０＜Ｓx ＜４λ                          …式（５−４）
λ／３０＜Ｓy ＜４λ                          …式（５−５）
λ／３０＜Ｓz ＜４λ                          …式（５−６）
のいずれかを満せばよい。
【００７３】
負屈折率媒質についてであるが、媒質の誘電率εが−１で、かつ、媒質の透磁率μが−１のとき、媒質の屈折率が−１になることが知られている。
【００７４】
また、負屈折率媒質としては、負屈折を示す物質、近似的に負の屈折を示す物質、例えば銀、金、銅等の薄膜、特定の偏光方向について負屈折率、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜等を用いてもよい。
【００７５】
また、負屈折率媒質のことを左手系材料（Left handed material）と呼ぶこともある。本願ではこれら負屈折率媒質、左手系材料、近似的に負の屈折を示す物質、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜等をすべて含めて負屈折を示す媒質と呼ぶことにする。完全結像を示す物質も負屈折を示す媒質に含まれる。また、誘電率εがほぼ−１の物質の薄膜の場合、
−１．２＜ε＜−０．８    …式（５−７）
を充たすとよい。用途によっては、
−１．６＜ε＜−０．５    …式（５−８）
でもよい。
【００７６】
用いる光の波長としては主に単色光を用いた例を実施形態で述べたが、これに限らず連続スペクトルの光源、白色光源、複数の単色光の和、スーパールミッセントダイオード等の低コヒーレンス光源等を用いてもかまわない。
【００７７】
波長としては空気中でも伝送可能なこと、光源が入手しやすいことから等から、０．１μｍ〜３μｍを用いるのがよい。可視波長ならばさらに利用しやすいので良い。
【００７８】
以下にＷＤについて詳述する。
【００７９】
ＷＤの値は
１００ｎｍ≦ＷＤ≦２０ｍｍ                    …式（７）
とするのが良い。
【００８０】
式（７）の下限を下回ると作動距離が小さくなりすぎ、扱いにくい。式（７）の上限を上回ると負屈折率媒質が大きくなりすぎ、コスト、加工上、不利である。また光学装置としての寸法が大きくなりすぎる点も問題となってくる。
【００８１】
製品によっては
２０ｎｍ≦ＷＤ≦２００ｍｍ                    …式（８）
でも許容できる。
【００８２】
また
ＷＤ＞ｄ                                      …式（８−１）
を満すことが望ましい。
【００８３】
ｔの値が同じなら式（１）により、ｄの値は小さいほどＷＤを大きくできるからである。
【００８４】
ＷＤ＞０．１ｄ                                …式（８−２）
でも製品によっては許容できる。
【００８５】
ｄの値を小さくすることで、３０６，３２２，３２８等のレンズの大きさを小さくすることもできるので良い。
【００８６】
また、ｄの値は解像度を良くするためには、
ｄ≧０          …式（８−２−１）
を満たすことが望ましいが、用途によっては、
ｄ＜０          …式（８−２−２）
でもよい。
【００８７】
また、ＷＤの値は、光学装置の機械的構造を工夫すること等で、可変できるようにしておくことが望ましい。顕微鏡のステージ等はその一例である。
【００８８】
また、負屈折率媒質３０１とレンズの最も負屈折率媒質３０１寄りの面（図２で言えば面３１１）とが接着されていてもよい。あるいは、負屈折率媒質３０１をレンズ（図４で言えばレンズ３０６−１）を基板として形成しても良い。これらの場合、ｄの値は近似的に０、あるいは０となる。
【００８９】
あるいは、負屈折率媒質３０１を透明な平板上に形成し、この透明な平板が結像に用いるレンズの一部をなすように配置してもよい。配置する場所としては、結像レンズ系（図１で言えば対物レンズ３０６）の最前部（図１で言えばレンズ３０６−１の物体側）又は最後部（図５で言えば投影レンズ３２８のウエハー側）が良い。基板として用いるレンズ、あるいは平板は正の屈折率を有する材料で作れば低コストで製作できるので良い。以上のように、基板上に負屈折率媒質３０１を設ける場合でもＷＤ、ｄの値は負屈折率媒質３０１の表面から計るものとする。
【００９０】
図１２に正の屈折率を有する材料でできた平板４５０の上に形成した負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例を示した。平板４５０，レンズ３０６−１，３０６−２の組み合わせにより対物レンズ３０６を形成している。中間結像点ＦＦはわずかに平板４５０の中に入っている。３０６−１と４５０は接合されている式（１２），（１３）は４５０の屈折率に対しても適用できる。
【００９１】
このような構成の光学系は図４、図５、図６、図８の例にも適用できる。
【００９２】
また完全結像の条件、式（１）からのずれについてであるが、
ＷＤ＋ｄ−ｔ＝Δ                              …式（８−３）
とした時、｜Δ｜の値が大きいほど結像状態は悪くなる。
【００９３】
｜Δ｜＜λ                                    …式（８−４）
であればある程度の結像状態の低下でおさえられる。
【００９４】
実用的には製品によっては
｜Δ｜＜１０λ                                …式（８−５）
まで許容できる。
【００９５】
また、負屈折率媒質３０１の屈折率をｎとすると、ｎ＜０である。これまで述べた実施形態ではｎ＝−１であった。負屈折率媒質３０１が平行平板の場合、理想的にはｎ＝−１である。しかし実際には負屈折率媒質３０１の製作誤差、使用波長のズレなどでｎ＝−１にできないこともあり、この時次式を満すことが望ましい。
【００９６】
−１．１＜ｎ＜−０．９                        …式（９）
ｎの値が上記をはずれると、完全結像が成り立たなくなり、解像度が低下する。製品によっては
−１．５＜ｎ＜−０．５                        …式（１０）
であれば良い。
【００９７】
ＷＤを大きく取るためだけなどの用途では
−３＜ｎ＜−０．２                            …式（１１）
でも良い場合がある。
【００９８】
負屈折率媒質に最も近いレンズ（図１、５、６で言えばそれぞれ３０６−１、３２２−１、３２８−１）の屈折率をＮとすると、Ｎは大きいほど解像度が上がるので良い。
【００９９】
Ｎ≧１．３          式（１２）
とすれば、広い用途に利用できる。
【０１００】
Ｎ≧１．７          式（１３）
とすればなお良い。
【０１０１】
なお本願の実施形態に共通して言えることであるが、不屈折率媒質３０１の周囲は空気又は真空であると考えている。そのため、負屈折率媒質３０１の屈折率ｎは周囲が空気の場合は空気に対する屈折率を表すものとし、周囲が真空の場合には真空に対する屈折率を表わすものとする。周囲を真空にすると短波長の真空紫外光を用いることができること、空気のゆらぎによる解像の低下がないこと等により良い結像性能が得られる。周囲を空気とすれば光学装置が作りやすく、取扱いも容易となるので良い。光学装置のうち、負屈折率媒質３０１の周辺の光路だけを真空とし、光学装置の残りの部分は空気中に置いてもよい。
【０１０２】
この空気、真空も本願では周囲の媒質と呼ぶことにする。
【０１０３】
取扱いが容易で結像性能の良い光学装置が得られる。
【０１０４】
負屈折率媒質３０１の真空に対する屈折率をｎV ，空気の真空に対する屈折率をｎA とする。１気圧，波長５００ｎｍのときｎA ＝１．０００２８１８である。
【０１０５】
光学装置の周囲が空気の場合の理想的な完全結像のための必要条件は
ｎV ＝−ｎA                       ・・・式（１５）
である。
【０１０６】
光学装置の周囲が真空の場合の理想的な完全結像のための必要条件は
ｎV ＝−１．０                      ・・・式（１６）
である。
【０１０７】
気圧が変化すれば空気の屈折率は変化する。従って、負屈折率媒質３０１の屈折率が変化しない場合でも式（１５）の条件はくずれてくる。
【０１０８】
このため光学系の結像状態は悪化する。この時、負屈折率媒質３０１の屈折率を変化させて、式（１５）を満すようにするのに、これまでに述べた利用光の波長を変化させる様々な方法を用いることができる。
【０１０９】
そしてこのような手法は、負屈折率媒質で形成された光学素子を含む光学系であれば、低精度の光学系、例えば完全結像の効果を利用していない光学系にも用いることができる。
【０１１０】
なお、図１，２の例で、３０１と３１７の間は、水、オイル等の媒質で満たされていてもよい。本願では、これらの媒質も“周囲の媒質”と呼ぶことにする。例えば、オイルで３０１と３１４の間が満たされており、その屈折率がｎc （例えば１．５）であるときには、３０１の屈折率は−ｎc （−１．５）であることが望ましい。完全結像の必要条件の１つだからである。ｎc 、−ｎcの誤差は、±１０％〜±５０％程度まで利用目的、用途によっては許される。±８０％程度まで許される場合もある。
【０１１１】
そして、オイル、水等の屈折率が温度変化等で変動した場合でも、既に述べた各種の方法で利用する光の波長を変化させ、結像性能の低下を補正できるのである。また、オイル、水等、周囲の媒質の屈折率の変動も補正できるのである。
【０１１２】
また、本願で完全結像という用語を用いたが、これは１００％完全な結像が行われない場合、例えば５０パーセント解像が向上している場合、も含むものとする。つまり、例えば、通常の回折限界よりはある程度、解像力は向上している、というような場合も含めるものとする。
【０１１３】
最後に、本実施形態で用いられた技術用語の定義を述べておく。
【０１１４】
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
【０１１５】
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置、光情報処理装置、投影装置、投影露光装置、等が含まれる。
【０１１６】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡、投影露光装置、ステッパー、アライナー、光プローブ型顕微鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１１７】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。
【０１１８】
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、人工視覚等がある。
【０１１９】
ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、等は投影装置でもある。
【０１２０】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【０１２１】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置、光インターコネクション装置、光情報処理装置、光ＬＳＩ、光コンピュータ、ＰＤＡ等がある。
【０１２２】
情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。
【０１２３】
撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。
【０１２４】
情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。
【０１２５】
撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。撮像素子、ウエハー、光ディスク、銀塩フィルム、等は結像部材の例である。
【０１２６】
拡張曲面の定義は以下の通りである。
【０１２７】
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。
【０１２８】
本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【０１２９】
結像光学系とは、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、投影露光光学系、表示光学系、信号処理用光学系等を指す。
【０１３０】
撮像光学系の例としてはデジタルカメラの撮像用レンズがある。
【０１３１】
観察光学系の例としては顕微鏡光学系、望遠鏡光学系等がある。
【０１３２】
投影光学系の例としてはビデオプロジェクターの光学系、リソグラフィー用の光学系、光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系等がある。
【０１３３】
投影露光光学系の例としてはリソグラフィー用の光学系がある。
【０１３４】
表示光学系の例としてはビデオカメラのビューファインダーの光学系がある。
【０１３５】
信号処理光学系の例としては光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系がある。
【０１３６】
光学素子とはレンズ、非球面レンズ、鏡、ミラー、プリズム、自由曲面プリズム、回折光学素子（ＤＯＥ）、不均質レンズ等を指すものとする。平行平板も光学素子のひとつである。
【０１３７】
（付記）
１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、利用する光の波長を変化させて、結像性能の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１３８】
１−１．光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、利用する光の波長を変化させて、前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１３９】
２．波長可変な光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、前記光源からの出射光の波長を変化させて、前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１４０】
２−１．波長可変な光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、前記光源からの出射光の波長を変化させて、前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１４１】
２−２．さらに、前記光源を駆動する光源駆動装置を有する２または２−１に記載の光学装置。
【０１４２】
２−３．前記補正手段は、前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、前記光源駆動装置の駆動パラメータを変化させて前記光源からの出射光の波長を変化させることにより、前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動を補正することを特徴とする２−２に記載の光学装置。
【０１４３】
２−４．光路中に配置されたフィルターの分光透過率を変更可能とすることで波長可変な光源を構成したことを特徴とする、２または２−１に記載の光学装置。
【０１４４】
２−５．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、光路中に配置されたフィルターの分光透過率を変更して利用する光の波長を変化させることにより、前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１４５】
２−６．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、光路中に配置されたフィルターの分光透過率を変更して利用する光の波長を変化させることにより、結像性能の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１４６】
３．光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光源からの出射光の波長の変動により生ずる結像性能の変動を抑制するために、前記光源からの出射光の波長を所定の許容値内に抑制する制御機構と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１４７】
３−１．さらに、前記光源を駆動する光源駆動装置を有することを特徴とする３に記載の光学装置。
【０１４８】
４．光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、前記光源からの出射光の波長を前記光源を交換することで変化させて、前記光学素子の屈折率又は周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１４９】
４−１．光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動により生ずる結像性能の変動を補正するために、前記光源からの出射光の波長を光源を交換することで変化させて、前記光学素子の屈折率あるいは周囲の媒質の屈折率の変動を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする光学装置。
【０１５０】
４−２．前記光学素子を備えた光学系を有することを特徴とする１乃至４−１のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５１】
４−３．前記光学素子と、該光学素子以外の光学素子を備えた光学系を有することを特徴とする１乃至４−１．のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５２】
４−４．前記光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置した光学系を有することを特徴とする１乃至４−１のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５３】
４−５．前記光学素子は平行平板であることを特徴とする１乃至４−４のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５４】
５．微細構造を有する部材を有し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする１乃至４−４のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５５】
５−１．前記光源と、微細構造を有する部材と、前記光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする１乃至４−４のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５６】
５−２．利用光の波長の変化する範囲において、前記光学系の色収差が除去されていることを特徴とする４−２乃至５−１のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５７】
５−３．前記光学素子の屈折率が式（１１）を満たすことを特徴とする１乃至５−２のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５８】
５−４．前記光学素子は空気中に配置されていることを特徴とする１乃至５−２のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１５９】
５−５．前記光学素子は真空中に配置されていることを特徴とする１乃至５−２のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６０】
６．負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用いたことを特徴とする１乃至５−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６１】
６−１．使用する光が単色光であることを特徴とする１乃至５−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６２】
６−２．使用する光の波長が０．１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする１乃至５−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６３】
６−３．エバネッセント波を結像に用いることを特徴とする１乃至５−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６４】
６−４．前記光学素子と、物体あるいは結像部材までの距離が可変できることを特徴とする１乃至５−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６５】
６−５．前記負屈折を示す媒質は、負屈折率媒質であることを特徴とする１乃至５−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６６】
６−６．前記負屈折を示す媒質は完全結像の性質を示す媒質であることを特徴とする１乃至５−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０１６７】
７．負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするレンズ。
【０１６８】
７−１．負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする片側が平面のレンズ。
【０１６９】
７−２．負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする両凹、または両凸のレンズ。
【０１７０】
７−３．負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とするメニスカスレンズ。
【０１７１】
７−４．負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする非球面のレンズ。
【０１７２】
７−５．負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする回転非対称面のレンズ。
【０１７３】
７−６．負屈折を示す媒質で形成されたことを特徴とする拡張曲面を有するレンズ。
【０１７４】
７−７．屈折率が正の材料でできた光学素子を有し、前記光学素子を基板として前記光学素子上に形成された負屈折を示す媒質を有することを特徴とするレンズ。
【０１７５】
７−８．屈折率が正の材料でできた光学素子を有し、前記光学素子を基板として前記光学素子上に形成された負屈折を示す媒質を有することを特徴とする光学素子。
【０１７６】
７−９．透明な平板を有し、前記平板を基板として前記平板上に形成された負屈折を示す媒質を有することを特徴とする光学素子。
【０１７７】
７−１０．屈折率が正の材料でできた透明な平板を有し、前記平板を基板として前記平板上に形成された負屈折を示す媒質を有することを特徴とする光学素子。
【０１７８】
８．負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする光学系。
【０１７９】
９．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、該光学素子以外の光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【０１８０】
９−１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【０１８１】
９−１−１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有し、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の最も近接した正の屈折率の媒質で形成された光学素子と、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子との間に隙間があることを特徴とする光学系。
【０１８２】
１０．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、結像光学系とを組み合わせて配置したことを特徴とする光学系。
【０１８３】
１０−０．負屈折を示す媒質で形成された光学素子による結像関係を有し、さらに前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子以外に光学素子を有する光学系。
【０１８４】
１０−１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子による結像関係と、結像光学系による結像関係との両方を含むことを特徴とする光学系。
【０１８５】
１０−２．負屈折を示す媒質で形成された光学素子により物体の像を結像し、その像を結像光学系により再結像することを特徴とする光学系。
【０１８６】
１０−３．結像光学系により物体の像を結像し、その像を負屈折を示す媒質で形成された光学素子により再結像することを特徴とする光学系。
【０１８７】
１０−４．物体が２次元あるいは３次元の形状を有することを特徴とする８乃至１０−３のいずれか１つに記載の光学系。
【０１８８】
１０−５．前記負屈折を示す媒質を光が２回通過することを特徴とする８乃至１０−４のいずれか１つに記載の光学系。
【０１８９】
１０−１０．前記光学素子は平行平板であることを特徴とする８乃至１０−５のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９０】
１０−１１．式（０−１−０）または式（０−５）を満たすことを特徴とする８乃至１０−１０のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９１】
１０−１２．式（３）を満たすことを特徴とする８乃至１０−１１のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９２】
但し  ＷＤは、前記光学素子と物体または像面までの距離
ｄは、前記光学素子と光学系の中間結像点までの距離
ｔは、前記光学素子の厚さ
１０−１３．前記光学素子の屈折率がおよそ−１であることを特徴とする８乃至１０−１２のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９３】
１０−１４．前記光学素子の屈折率が式（１１）を満たすことを特徴とする８乃至１０−１２のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９４】
１０−１５．前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが０．２を超える値であることを特徴とする８乃至１０−１４のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９５】
１０−１６．前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが１．０未満であることを特徴とする８乃至１０−１４のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９６】
１０−１７．前記光学系の物体側あるいは像側あるいは中間結像のＮＡが１．０以上であることを特徴とする８乃至１０−１４のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９７】
１０−１８．前記光学系と物体または像との距離が式（８）を満たすことを特徴とする８乃至１０−１７のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９８】
１０−１９．式（８−２）を満たすことを特徴とする８乃至１０−１８のいずれか１つに記載の光学系。
【０１９９】
１０−２０．式（８−５）を満たすことを特徴とする８乃至１０−１９のいずれか１つに記載の光学系。
【０２００】
１０−２１．前記光学素子の後方に結像光学系を配設したことを特徴とする８乃至１０−２０のいずれか１つに記載の光学系。
【０２０１】
１０−２２．上記１０−２１の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０２０２】
１０−２３．上記１０−２１の光学系を有することを特徴とする顕微鏡。
【０２０３】
１０−２４．上記１０−２１の光学系を有することを特徴とする落射型顕微鏡。
【０２０４】
１０−２５．上記１０−２１の光学系を有することを特徴とする透過型顕微鏡。
【０２０５】
１０−２６．上記１０−２１の光学系を有することを特徴とする観察装置。
【０２０６】
１０−２７．上記１０−２１の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【０２０７】
１０−２７−１．上記１０−２１の光学系を有することを特徴とする走査型顕微鏡。
【０２０８】
１０−２８．前記光学素子の前方に結像光学系を配設したことを特徴とする８乃至１０−２０のいずれか１つに記載の光学系。
【０２０９】
１０−２９．上記１０−２８の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０２１０】
１０−３０．上記１０−２８の光学系を有することを特徴とする光ディスク装置。
【０２１１】
１０−３１．上記１０−２８の光学系を有することを特徴とする投影露光装置。
【０２１２】
１０−３２．上記１０−２８の光学系を有することを特徴とする投影装置。
【０２１３】
１０−３３．上記１０−２８の光学系を有することを特徴とする信号処理装置。
【０２１４】
１０−３４．上記１０−２８の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【０２１５】
１０−３５．上記８乃至１０−２０のいずれか１つの光学系を有することを特徴とする光学装置。
【０２１６】
１０−３６．８乃至１０−３５のいずれかにおいて、式（１２）を満たすもの。
【０２１７】
１０−３７．８乃至１０−３５のいずれかにおいて、負の屈折を示す媒質で形成された光学素子は前記７乃至７−１０のいずれかの構成を有する。
【０２１８】
１０−３８．７−７乃至７−１０のレンズまたは光学素子を有し、前記基板が、前記結像光学系あるいは光学系の一部を構成することを特徴とする８乃至１０−３６。
【０２１９】
１０−３９．７−７乃至７−１０のレンズまたは光学素子を有し、前記基板が、前記結像光学系あるいは光学系の一部を構成し、前記基板が負屈折を示す媒質に対して物体と反対側にあることを特徴とする８乃至１０−３６。
【０２２０】
１０−３９−１．７−７乃至７−１０のレンズまたは光学素子を有し、前記基板が、前記結像光学系あるいは光学系の一部を構成し、かつ前記基板が前記結像光学系を構成する光学素子と接着されていることを特徴とする８乃至１０−３６。
【０２２１】
１０−３９−２．前記負屈折を示す媒質と光学系を構成する光学素子とが接着されていることを特徴とする９乃至１０−３６。
【０２２２】
１０−４０．前記基板の屈折率が式（１２）を満たす１０−３８。
【０２２３】
１０−４１−１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有する結像光学系。
【０２２４】
１０−４１−２．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有する結像光学系。
【０２２５】
１０−４１−３．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有する結像光学系。
【０２２６】
１０−４２−１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする撮像光学系。
【０２２７】
１０−４２−２．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする撮像光学系。
【０２２８】
１０−４２−３．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする撮像光学系。
【０２２９】
１０−４３−１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする観察光学系。
【０２３０】
１０−４３−２．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする観察光学系。
【０２３１】
１０−４３−３．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする観察光学系。
【０２３２】
１０−４４−１．負屈折を示す媒質で形成された光学素子を有することを特徴とする信号処理光学系。
【０２３３】
１０−４４−２．負屈折率を示す媒質で形成された光学素子と、それ以外の光学素子とを有することを特徴とする信号処理光学系。
【０２３４】
１０−４４−３．負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、正の屈折率の媒質で形成された光学素子とを有することを特徴とする信号処理光学系。
【０２３５】
１１．光源と微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを有し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする光学装置。
【０２３６】
１１−０−１．光源と、微細構造を有する部材と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、前記微細構造の結像を行うことを特徴とする光学装置。
【０２３７】
１１−１．光源と、フォトマスクと、負屈折を示す媒質で形成された光学素子とを順に配置し、ウエハーに露光を行うことを特徴とする露光装置。
【０２３８】
１１−２．前記光学素子が平行平板であることを特徴とする１１または１１−１に記載の光学装置。
【０２３９】
１１−３．式（３）を満たすことを特徴とする１１−２に記載の光学装置。
【０２４０】
但し  ＷＤは、前記光学素子と像面またはウエハーまでの距離
ｄは、前記光学素子と微細構造を有する部材またはフォトマスクの距離
ｔは、前記光学素子の厚さ、である。
【０２４１】
１１−４．前記光学素子の屈折率がおよそ−１であることを特徴とする１１乃至１１−３のいずれか１つに記載の光学装置。
【０２４２】
１１−５．前記光学素子の屈折率が式（１１）を満たすことを特徴とする１１乃至１１−３のいずれか１つに記載の光学装置。
【０２４３】
１１−６．前記光学素子と像面との距離が式（８）を満たすことを特徴とする１１乃至１１−５のいずれか１つに記載の光学装置。
【０２４４】
１１−７．式（８−２）を満たすことを特徴とする１１乃至１１−６のいずれか１つに記載の光学装置。
【０２４５】
１１−８．式（８−５）を満たすことを特徴とする１１乃至１１−７のいずれか１つに記載の光学装置。
【０２４６】
１１−８−１．前記１１乃至１１−７のいずれかにおいて、負の屈折を示す媒質で形成された光学素子は前記７−８乃至７−１０のいずれかの構成を有する。
【０２４７】
１１−９．負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用いたことを特徴とする７乃至１１−８−１のいずれか１つに記載の光学装置。
【０２４８】
１１−９−１．７乃至１１−８−１のいずれかにおいて、負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用い、かつフォトニック結晶のＺ軸が光学素子あるいは光学系の光軸方向を向いていることを特徴とする。
【０２４９】
１１−１０．式（５−４）または式（５−５）または式（５−６）を満たすことを特徴とする１１−９に記載の光学装置。
【０２５０】
１１−１１．使用する光が単色光であることを特徴とする７乃至１１−１０のいずれか１つに記載の光学装置。
【０２５１】
１１−１２．使用する光の波長が０．１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする７乃至１１−９のいずれか１つに記載のもの。
【０２５２】
１１−１２−１．光源を有することを特徴とする７乃至１１−１０のいずれか１つに記載のもの。
【０２５３】
１１−１３．８乃至１１−１２のいずれかにおいて、光源と前記光源の光によって物体あるいは結像部材が照明されることを特徴とする。
【０２５４】
１１−１４．エバネッセント波を結像に用いることを特徴とする７乃至１０−１５あるいは１０−１７乃至１１−１３のいずれか１つに記載のもの。
【０２５５】
１１−１５．前記光学素子と、物体あるいは結像部材までの距離が可変できることを特徴とする８乃至１１−１４のいずれか１つに記載のもの。
【０２５６】
１２−１０．７乃至１１−１５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の周囲は空気であることを特徴とする。
【０２５７】
１２−１１．７乃至１１−１５のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の周囲は真空であることを特徴とする。
【０２５８】
１２−１１−１．７乃至１１−１３のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の周囲の屈折率が１であることを特徴とする。
【０２５９】
１２−１２．前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子が平行平板であることを特徴とする７−８乃至７−１０、または１０−１１乃至１１−１３。但し、１０−３７，１０−３８、１１−８−１除く。
【０２６０】
１３−６．負屈折を示す媒質で形成された光学素子を備えた光学系を有し、前記負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用い、かつフォトニック結晶の最も回転対称性の良い軸が前記光学系の光軸を向いていることを特徴とする光学系を備えた光学装置。
【０２６１】
１４−１．７乃至１３−６のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質は、負屈折率媒質であることを特徴とする。
【０２６２】
１４−２．７乃至１３−６のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質は完全結像の性質を示す媒質であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０２６３】
【図１】本発明の一実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例である。
【図２】図１の対物レンズ３０６近傍の拡大図を示す図である。
【図３】波長と屈折率との関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質３０１を用いた透過型の顕微鏡３１５を示す図である。
【図５】光ディスクの光学系３２０の実施形態である。
【図６】投影露光装置の光学系の実施形態である。
【図７】従来提案されている密着型のリソグラフィーを示す図である。
【図８】シリコンウエハー３２６とポリマーフォトマスク３３０の間に、ポリマーフォトマスク３３０に密着、あるいはごく接近させて負屈折率媒質３０１の平行平板を配置した図である。
【図９】負屈折率媒質でできたレンズ３０１−２を示す実施形態である。
【図１０】フォトニック結晶３４０の一例を示す図である。
【図１１】フォトニック結晶３４０の一例を示す図である。
【図１２】正の屈折率を有する材料でできた平板４５０の上に形成した負屈折率媒質３０１を用いた落射型顕微鏡３０２の例を示す図である。
【符号の説明】
【０２６４】
３０１…負屈折率媒質、３０３…光源、３０４…照明レンズ、３０５…半透鏡、３０６…対物レンズ、３０６−１、３０６−２…レンズ、３０７…物体（標本）、３０８…接眼レンズ、３０９…眼、３４０…フォトニック結晶。
【図１】
2006145985.tif 000003
【図２】
2006145985.tif 000004
【図３】
2006145985.tif 000005
【図４】
2006145985.tif 000006
【図５】
2006145985.tif 000007
【図６】
2006145985.tif 000008
【図７】
2006145985.tif 000009
【図８】
2006145985.tif 000010
【図９】
2006145985.tif 000011
【図１０】
2006145985.tif 000012
【図１１】
2006145985.tif 000013
【図１２】
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