(57)【要約】【課題】深紫外域（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、略してＤＵＶと呼ばれる。）から可視領域に亘る広い波長幅での色収差補正は実現することができる顕微鏡対物レンズを提供すること。【解決手段】紫外域の波長λ１に対してほぼ２倍の２λ１の波長に対して色補正された顕微鏡対物レンズ。【選択図】図１
2008090051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外域の波長λに対してほぼ２倍の２λの波長に対して色補正されたことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
【請求項２】
紫外域の波長λ＝２４８±５ｎｍに対してほぼ２倍の４８８ｎｍの波長に対して色補正されたことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
【請求項３】
紫外域の波長λ＝２４８ｎｍに対しては二次回折波を用い、ほぼ２倍のλ＝４８８ｎｍに対しては一次回折波を用いて、色補正することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外域、特に深紫外域で用いられる顕微鏡などの光学系に用いられる顕微鏡対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に示すように、回折型光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ、略してＤＯＥと呼ばれる。）を用いた光学系が知られている。
【０００３】
詳述すると、特許文献１特許請求の範囲に示すように、物体側から順に、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含み全体として正の屈折力の第１群と、少なくとも１枚の回折型光学素子を含んだ第２群とを備え、下記の条件（１）を満足し、且つ少なくとも１枚の回折型光学素子が条件（２）および（３）のうちの少なくとも一方を満足することを特徴としている。
（１）０．５＜｜Ｒ｜／ｔ＜５
（２）Ｄ1 ／Ｄ＞０．８
（３）（ｈ×ｆ）／（Ｌ×Ｉ）＞０．０７
ただし、Ｒは前記メニスカスレンズの像側の面の曲率半径、ｔは前記メニスカスレンズの肉厚、Ｄ1 は前記回折型光学素子の面でのマージナル光束径、Ｄは前記顕微鏡対物レンズ中の最大マージナル光束径、ｈは前記回折型光学素子の面での主光線高、ｆは前記顕微鏡対物レンズの全系の焦点距離、Ｌは前記顕微鏡対物レンズの同焦距離、Ｉは標本面での最大像高である。
【０００４】
そして、上記条件（１）および（２）を満足する構成では、物体側が平面の平凸レンズ又は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズは、最も物体側に配置されている。また、前記第１群と前記第２群を構成する屈折型レンズは、いずれも単レンズである。また、前記第１群と前記第２群を構成する屈折型レンズは、いずれも同一の硝材である。
【特許文献１】特許３３１２０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、波長２４８ｎｍなどの深紫外域（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、略してＤＵＶと呼ばれる。）の領域では、使える対物レンズの硝材が限られ、広い波長幅での色収差を補正することが難しい。
【０００６】
このような波長域の光学系では、一般に蛍石レンズと石英レンズが用いられるが、上述した特許文献１に記載された顕微鏡対物レンズを用いたとしても、ＤＵＶ領域から可視領域に渡る色収差補正は難しい。
【０００７】
そこで、本発明では、深紫外域（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、略してＤＵＶと呼ばれる。）から可視領域に亘る広い波長幅での色収差補正を実現することができる顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明の顕微鏡対物レンズは、紫外域の波長λに対してほぼ２倍の２λの波長に対して色補正されたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明の顕微鏡対物レンズは、紫外域の波長λ＝２４８±５ｎｍに対してほぼ２倍の４８８ｎｍの波長に対して色補正されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明の顕微鏡対物レンズは、紫外域の波長λ＝２４８ｎｍに対しては二次回折波を用い、ほぼ２倍のλ＝４８８ｎｍに対しては一次回折波を用いて、色補正することを特徴とする
【発明の効果】
【００１１】
以上により、本発明は、深紫外域（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、略してＤＵＶと呼ばれる。）から可視領域に亘る広い波長幅での色収差補正は実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明に係る顕微鏡対物レンズの実施の形態を説明する。
【００１３】
この発明に係る顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、回折型光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ、略してＤＯＥと呼ばれる。）を持つレンズ群Ｇ３と、厚いメニスカス形状のレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１を備えている。なお、ここで、物体とは、近い共役点の側、像とは遠い共役点の側をいう。
【００１４】
このような顕微鏡対物レンズにおいては、負のレンズ群Ｇ１を平行光束の側に置くレトロフォーカス型の配置とすることにより、像面の平坦さと、長いバックフォーカス（作動距離）ＷＤを実現することができる。ここで、ＷＤ≒ ２ＥＦＬとなる。また、ＥＦＬ（焦点距離）は、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｆｏｃａｌ  Ｌｅｎｇｔｈの略を表す。
【００１５】
また、顕微鏡対物レンズの光学系における接合レンズにおいては、相対的に低分散の蛍石を正のレンズ、反対に高分散の石英を負のレンズとすることで色収差の除去を行う。
【００１６】
しかし、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１においては接合レンズの負のレンズを蛍石から形成し、レンズ群Ｇ２は反対に石英を正のレンズとするのが望ましい。この構成は、色収差を拡大する作用を持つが、非点収差の除去に役立つ。負のレンズ群Ｇ１は、像側に凹面を向けた形状、あるいは、二つのレンズからなり、向かい合わせた凹面を持つ。正のレンズ群Ｇ４において、もっとも物体側のレンズは、物体側に凹面を向けたメニスカス形状が好ましいが、一面が平坦で且つ他面が凸形状にした平凸の形状のレンズでも構成できる。
【００１７】
後述する実施例１、実施例２におけるＬ１２、Ｌ１３正のＧ４において、接合レンズの向きはどちらでもよい。
【００１８】
ただし、正のレンズには蛍石を、負のレンズには石英を用いる。また、回折型光学素子ＤＯＥの位置に対する条件 ０．６＜ γ＜ ０．８は、絞りからある程度ＤＯＥ面を離すことによって、軸上色収差に対する回折型光学素子ＤＯＥの作用だけでなく、軸外色収差に対しても回折光学素子の影響を十分に及ぼすためである。
【００１９】
ここで、γ＝ｈＤＯＥ／ｈＭＡＸと定義する。ここで、ｈＭＡＸは周辺光線の取る最大光線高(光束の半径)であり、ｈＤＯＥは回折型光学素子ＤＯＥの面における周辺光線高（光束の半径）である。
【００２０】
本発明の顕微鏡対物レンズでは、深紫外域の波長λ＝２４８±５ｎｍおよびほぼ２倍の４８８ｎｍの波長に対して色補正をしている。そして、深紫外域の波長λ＝２４８ｎｍに対しては回折型光学素子ＤＯＥの二次回折波を利用し、波長λ＝４８８ｎｍに対しては回折型光学素子ＤＯＥの一次回折波を利用することで、回折効率ηを落とすことなく色補正を行うことができる。
【００２１】
回折型光学素子ＤＯＥは、次の（１）式の位相関数を最適化することにより決定される。
【００２２】
【数１】
2008090051.tif 000003
ここで、ψは光路差関数、ｈは径方向の距離、aは係数である。
位相関数を回折型光学素子の形状に変換すると、回転対称な曲面をもった輪帯の回折格子になる。この輪帯の周期性から透過光の関数をフーリエ級数に展開でき、その級数の係数から各回折次数の回折効率が（４）式で求まる。
文献: 1) D.A.Buralli,G.M.Morris and J.R.Rogers:“Optical performance of holographic kinoforms,”Appl.Opt.,28(1989)976-983
２) 回折光学素子入門［光設計研究グループ監修］増補改定版（オプトロニクス社,2006）
【００２３】
【数２】
2008090051.tif 000004
ここで、Pは最適化に用いた回折光の次数、ｍは任意の回折光の次数、λ０は最適化波長、λは他波長、ｎ（λ）は波長λでの屈折率である。回折型光学素子の曲面形状は半導体製造のリソグラフィー技術によりバイナリー近似的にも製作される。そのバイナリー近似の程度はリソグラフィーでの露光回数、つまりマスクの枚数により決まる。バイナリー近似された回折光学素子の回折効率は、階段の数をＮとすると（6）式で表される。
【００２４】
【数３】
2008090051.tif 000005
回折型光学素子のリソグラフィー製造においてＭ枚のマスクを使用した場合、素子の階段の数（量子化数）Ｎは、Ｎ＝Ｍ２になる。尚、短波長の波長で回折光学素子の形状を最適化すると、（６）式で計算される周辺波長の回折効率の低下を抑えることが出来る。
【００２５】
また、対物レンズの硝材のデータは、下記のとおりである。
【００２６】
【表１】
2008090051.tif 000006
＜第１実施例＞
図１は顕微鏡対物レンズの例を示したものである。この第１実施例の顕微鏡用対物レンズは、焦点距離ｆ＝４ｍｍ、ＮＡ０．５５  深紫外（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）波長２４８nmと４８８ｎｍに対応する光学系を有する。
【００２７】
この顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、回折型光学素子を持つレンズ群Ｇ３と、厚いメニスカス形状のレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１を備えている。なお、ここで、物体とは、近い共役点の側、像とは遠い共役点の側をいう。
【００２８】
レンズ群Ｇ１は、石英製の正のレンズＬ１と、接合レンズＬａを有する。この接合レンズＬａは、蛍石製の負のレンズＬ２と、この負のレンズＬ２に接合された石英製の正のレンズＬ３を有する。
【００２９】
また、レンズ群Ｇ２は、蛍石製の正のレンズＬ４と、この正のレンズＬ４に接合された石英製の負のレンズＬ５を有する。
【００３０】
更に、レンズ群Ｇ３は、石英製の回折型光学素子ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）と、接合レンズＬｂ，Ｌｃと、接合レンズＬｂ，Ｌｃ間に位置する絞り面ＡＳを有する。この接合レンズＬｂは、両面が凹状に形成された石英製の負のレンズＬ７と、負のレンズＬ７の両側に接合された蛍石製の正のレンズＬ６，Ｌ８を有する。また、接合レンズＬｃは、両面が凹状に形成された石英製の負のレンズＬ１０と、負のレンズＬ１０の両側に接合された蛍石製の正のレンズＬ９，Ｌ１１を有する。
【００３１】
また、レンズ群Ｇ４は、接合レンズＬｄと、石英製の正のレンズＬ１４を有する。この接合レンズＬｄは、蛍石製の正のレンズＬ１２と、この正のレンズＬ１２に接合された石英製の負のレンズＬ１３を有する。
【００３２】
このような顕微鏡対物レンズにおいては、負のレンズ群Ｇ１を平行光束の側に置くレトロフォーカス型の配置とすることにより、像面の平坦さと、長いバックフォーカス（作動距離）ＷＤを実現することができる。ここで、ＷＤ≒ ２ＥＦＬとなる。また、ＥＦＬ（焦点距離）は、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｆｏｃａｌ  Ｌｅｎｇｔｈの略を表す。
【００３３】
尚、このような顕微鏡対物レンズの光学系の収差図は、慣習に従って、像側から平行光を入射した場合、物体側にできる像についての収差図として描くこととする。
【００３４】
また、顕微鏡対物レンズの光学系における接合レンズにおいては、相対的に低分散の蛍石を正のレンズ、反対に高分散の石英を負のレンズとすることで色収差の除去を行う。
【００３５】
負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１においては接合レンズＬａの負のレンズＬ２を蛍石から形成し、レンズ群（接合レンズ）Ｇ２は反対に正のレンズＬ３を石英としている。この構成は、色収差を拡大する作用を持つが、非点収差の除去に役立つものである。
【００３６】
また、負のレンズ群Ｇ１は、像側に凹面を向けた形状の負のレンズＬ１と、二つの接合レンズＬａからなり、接合レンズＬａの負のレンズＬ２の凹面と正のレンズＬ１の凹面が向かい合わせとなっている。
【００３７】
正のレンズ群Ｇ４において、もっとも物体側のレンズは、上述したように物体側に凹面を向けたメニスカス形状が好ましいが、図１に示したように一面が平坦で且つ他面が凸形状にした平凸の形状の正のレンズＬ１４としている。
【００３８】
ただし、正のレンズには蛍石を、負のレンズには石英を用いる。また、回折型光学素子ＤＯＥの位置に対する条件 ０．６＜ γ＜ ０．８は、絞りからある程度解析型光学素子ＤＯＥ面を離すことによって、軸上色収差に対する回折型光学素子ＤＯＥの作用だけでなく、軸外色収差に対しても回折光学素子の影響を十分に及ぼすためである。
【００３９】
ここで、γ＝ｈＤＯＥ／ｈＭＡＸと定義する。ここで、ｈＭＡＸは周辺光線の取る最大光線高(光束の半径)であり、ｈＤＯＥは回折型光学素子ＤＯＥの面における周辺光線高（光束の半径）である。
【００４０】
本実施例の顕微鏡対物レンズでは、深紫外域の波長λ＝２４８±５ｎｍおよびほぼ２倍の４８８ｎｍの波長に対して色補正されている。そして、深紫外域の波長λ＝２４８ｎｍに対しては二次回折波を利用し、波長λ＝４８８ｎｍに対しては一次回折波を利用することで、回折効率ηを落とすことなく色補正が行うことができる。尚、短波長の波長で回折型光学素子ＤＯＥ形状を最適化することにより、周辺波長の効率低下を抑えることが出来る。
【００４１】
表２は、顕微鏡対物レンズの光学系におけるレンズ等の光学部材の曲率半径、面間隔、硝材を示す。
【００４２】
【表２】
2008090051.tif 000007
表３は、深紫外（ＤＵＶ）波長２４８ｎｍ、４８８ｎｍに対する光学性能を示す。
【００４３】
【表３】
2008090051.tif 000008
また、表４は解析型光学素子ＤＯＥの係数を示したものである。
【００４４】
【表４】
2008090051.tif 000009
このような第１実施例における顕微鏡対物レンズの収差図は図２〜図４に示した縦収差図と図５，図６に示した横収差図のようになる。この縦収差図は、図２の球面収差図，図３の非点収差図，図４の歪曲収差図である。また、横収差図は、図５の軸上の横収差図、図６のｈ´＝０．２における横収差図となる。
【００４５】
図２の球面収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４３，２５３，２４８ｎｍの球面収差は小さく好ましい状態で補正されている。また、４８８ｎｍにおける球面収差もある程度小さな範囲に収まっている。また、図３の非収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４８ｎｍにおけるΔＳ（サジタル像面の収差）及びΔＭ（メリジオナル像面の収差）等の非点収差も小さく好ましい状態で補正されている。更に、図４の歪曲収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４８ｎｍにおける歪曲収差ＤＳＴ（ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ）も小さく好ましい状態で補正されている。図５の軸上の横収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４３，２５３，２４８ｎｍの軸上の横収差は小さく好ましい状態で補正されている。また、ｈ´＝０．２における横収差も、図６の軸上の横収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４３，２５３，２４８ｎｍの軸上の横収差は小さく好ましい状態で補正されている。
＜第２実施例＞
図７は顕微鏡対物レンズの他の例を示したものである。この顕微鏡用対物レンズは、焦点距離ｆ＝４ｍｍ、ＮＡ０．５５  深紫外（ＤＵＶ）波長４８８ｎｍに対応する光学系を有する。
【００４６】
この顕微鏡対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、回折型光学素子を持つレンズ群Ｇ３と、厚いメニスカス形状のレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１を備えている。なお、ここで、物体とは、近い共役点の側、像とは遠い共役点の側をいう。
【００４７】
レンズ群Ｇ１は、石英製の正のレンズＬ１と、接合レンズＬａを有する。この接合レンズＬａは、蛍石製の負のレンズＬ２と、この負のレンズＬ２に接合された石英製の正のレンズＬ３を有する。
【００４８】
また、レンズ群Ｇ２は、蛍石製の正のレンズＬ４と、この正のレンズＬ４に接合された石英製の負のレンズＬ５を有する。
【００４９】
更に、レンズ群Ｇ３は、石英製の回折型光学素子ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）と、接合レンズＬｂ，Ｌｃと、接合レンズＬｂ，Ｌｃ間に位置する絞り面ＡＳを有する。この接合レンズＬｂは、両面が凹状に形成された石英製の負のレンズＬ７と、負のレンズＬ７の両側に接合された蛍石製の正のレンズＬ６，Ｌ８を有する。また、接合レンズＬｃは、両面が凹状に形成された石英製の負のレンズＬ１０と、負のレンズＬ１０の両側に接合された蛍石製の正のレンズＬ９，Ｌ１１を有する。
【００５０】
また、レンズ群Ｇ４は、接合レンズＬｄと、石英製の正のレンズＬ１４を有する。この接合レンズＬｄは、石英製の正のレンズＬ２と、この正のレンズＬ２に接合された蛍石製の負のレンズＬ１３を有する。
【００５１】
このような顕微鏡対物レンズにおいては、負のレンズ群Ｇ１を平行光束の側に置くレトロフォーカス型の配置とすることにより、像面の平坦さと、長いバックフォーカス（作動距離）ＷＤを実現することができる。ここで、ＷＤ≒ ２ＥＦＬとなる。また、ＥＦＬ（焦点距離）は、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｆｏｃａｌ  Ｌｅｎｇｔｈの略を表す。
【００５２】
尚、このような顕微鏡対物レンズの光学系の収差図は、慣習に従って、像側から平行光を入射した場合、物体側にできる像についての収差図として描くこととする。
【００５３】
また、顕微鏡対物レンズの光学系における接合レンズにおいては、相対的に低分散の蛍石を正のレンズ、反対に高分散の石英を負のレンズとすることで色収差の除去を行う。
【００５４】
負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１においては接合レンズＬａの負のレンズＬ２を蛍石から形成し、レンズ群（接合レンズ）Ｇ２は反対に正のレンズＬ３を石英としている。この構成は、色収差を拡大する作用を持つが、非点収差の除去に役立つものである。
【００５５】
また、負のレンズ群Ｇ１は、像側に凹面を向けた形状の負のレンズＬ１と、二つの接合レンズＬａからなり、接合レンズＬａの負のレンズＬ２の凹面と正のレンズＬ１の凹面が向かい合わせとなっている。
【００５６】
正のレンズ群Ｇ４において、もっとも物体側のレンズは、上述したように物体側に凹面を向けたメニスカス形状が好ましいが、図１に示したように、一面が凸形状で且つ他面が凹形状の正のレンズ１２とし、一面が平坦で且つ他面が凸形状にした平凸の形状の正のレンズＬ１３，Ｌ１４としている。
【００５７】
ただし、正のレンズには蛍石を、負のレンズには石英を用いる。また、解析型光学素子ＤＯＥの位置に対する条件 ０．６＜ γ＜ ０．８は、絞りからある程度解析型光学素子ＤＯＥ面を離すことによって、軸上色収差に対する解析型光学素子ＤＯＥの作用だけでなく、軸外色収差に対しても回折光学素子の影響を十分に及ぼすためである。
【００５８】
ここで、γ＝ｈＤＯＥ／ｈＭＡＸと定義する。ここで、ｈＭＡＸは周辺光線の取る最大光線高(光束の半径)であり、ｈＤＯＥは解析型光学素子ＤＯＥ面における周辺光線高（光束の半径）である。
【００５９】
本実施例の顕微鏡対物レンズでは、深紫外域の波長λ＝２４８±５ｎｍおよびほぼ２倍の４８８ｎｍの波長に対して色補正されている。そして、深紫外域の波長λ＝２４８ｎｍに対しては二次回折波を利用し、波長λ＝４８８ｎｍに対しては一次回折波を利用することで、回折効率ηを落とすことなく色補正が行うことができる。尚、短波長の波長で解析型光学素子ＤＯＥ形状を最適化することにより、周辺波長の効率低下を抑えることが出来る。
【００６０】
顕微鏡対物レンズの光学系におけるレンズ等の光学部材の曲率半径、面間隔、硝材を示す。
【００６１】
【表５】
2008090051.tif 000010
表６は、深紫外（ＤＵＶ）波長２４８ｎｍ、４８８ｎｍに対する光学性能を示す。
【表６】
2008090051.tif 000011
顕微鏡対物レンズの深紫外（ＤＵＶ）波長２４８ｎｍ、４８８ｎｍに対する光学性能を示す。
【００６２】
【表７】
2008090051.tif 000012
このような第２実施例における顕微鏡対物レンズの収差図は図８〜図１０に示した縦収差図と図１１，図１２に示した横収差図のようになる。この縦収差図は、図８の球面収差図，図９の非点収差図，図１０の歪曲収差図である。また、横収差図は、図１１の軸上の横収差図、図１２のｈ´＝０．２における横収差図となる。
【００６３】
図８の球面収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４３，２５３，２４８ｎｍの球面収差は小さく好ましい状態で補正されている。また、４８８ｎｍにおける球面収差もある程度小さな範囲に収まっている。また、図９の非収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４８ｎｍにおけるΔＳ（サジタル像面の収差）及びΔＭ（メリジオナル像面の収差）等の非点収差も小さく好ましい状態で補正されている。更に、図１０の歪曲収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４８ｎｍにおける歪曲収差ＤＳＴ（ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ）も小さく好ましい状態で補正されている。図１１の軸上の横収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４３，２５３，２４８ｎｍの軸上の横収差は小さく好ましい状態で補正されている。また、ｈ´＝０．２における横収差も、図１２の軸上の横収差図から分かるように、深紫外（ＤＵＶ）波長２４３，２５３，２４８ｎｍの軸上の横収差は小さく好ましい状態で補正されている。
（その他１）
本発明は、上述したように深紫外域の波長λ＝２４８±５ｎｍおよびほぼ２倍の４８８ｎｍの波長に対して色補正された顕微鏡対物レンズであるが、λ＝２４８ｎｍに対しては二次回折波を利用し、λ＝４８８ｎｍに対しては一次回折波を利用することで、回折効率ηを落とすことなく色補正が行うことができる。回折効率は上述した（１）、（２）の式で計算される。この式によれば、短波長の波長で解析型光学素子ＤＯＥ形状を最適化することにより、周辺波長の効率低下を抑えることが出来る。バイナリー近似された回折光学素子の回折効率は（6）式で表される。
【００６４】
【数４】
2008090051.tif 000013
（６）において、ｍは回折次数、Ｎは回折型光学素子ＤＯＥの階段の数、λ０は最適化波長、ｐは最適化の次数を表す。回折型光学素子のリソグラフィー製造においてＭ枚のマスクを使用した場合、素子の階段の数（量子化数）Ｎは、Ｎ＝２Ｍになる（４マスクを使用する場合は１６）。
【００６５】
また、回折効率を求める際に用いる位相関数法は、上述した（１）〜（３）の式で表される。
すなわち、上述した（１）〜（３）の式は数５のようになる。
【００６６】
【数５】
2008090051.tif 000014
ここで、ψは光路差関数、ｈは径方向の距離、aは係数、光学系は光軸に対し回転対称である。
【００６７】
このような数式を用いて、２４８ｎｍの２次回折光と４８８ｎｍの一次回折光で最適化した場合の基盤の波長による屈折率の違い（分散）を考慮した１６レベル（後述する段差の数すなわち量子化数Ｎ）の回折型光学素子ＤＯＥの回折効率（石英）は図１３に示したグラフで示される。
【００６８】
図１３から分るように、２４８ｎｍ周辺では２４８ｎｍの２次回折光で最適化した方が効率は良い。２４８ｎｍ周辺での２次光の効率は略０．９５となり、４８８ｎｍ周辺での１次光の効率は略０．９７となる。２４８ｎｍの２次回折光で最適化された１６レベルの回折型光学素子ＤＯＥの回折効率の全体的なグラフは図１４に示される。この最適化に際しては、回折型光学素子ＤＯＥの基板の分散も考慮している。
（その他２）
また、図１，図７に示した回折型光学素子ＤＯＥの製造方法についてマスク２枚を使った例で説明する。
【００６９】
この回折型光学素子ＤＯＥの製造のための１次作業として、図１５（ａ）のように、基板Ｂ上にフォトレジストを塗布して、基板Ｂ上にフォトレジスト層Ｐｒを形成した後、１次マスク（Ｍ＝１）を通して矢印Ａ１で示した光でフォトレジスト層Ｐｒを露光して、フォトレジスト層Ｐｒに１次マスク（Ｍ＝１）のパターンを焼き付ける。
【００７０】
次に、フォトレジスト層Ｐｒのうち１次マスク（Ｍ＝１）のパターンが焼き付けられた部分を図１５（ｂ）に示したように除去して、フォトレジスト層除去部Ｂ１，Ｂ２とフォトレジスト層Ｐｒの部分を基板Ｂ上に設ける。
【００７１】
そして、図１５（ｂ）における基板Ｂのフォトレジスト層除去部Ｂ１，Ｂ２を図１５（ｃ）のように所望の深さまでエッチングによりを行うことにより、基板Ｂに下段差面Ｌｂ１，Ｌｂ２を形成した後、図１５（ｃ）の基板表面に残ったフォトレジスト層Ｐｒを洗浄により除去して、図１５（ｄ）に示したように下段差面Ｌｂ１，Ｌｂ２及び上段差面Ｕｂ１，Ｕｂ２が設けられた基板Ｂを形成する。この時の下段差面Ｌｂ１，Ｌｂ２の深さｄ１はｄ１＝λ／２（ｎ−１）となる。
【００７２】
次に、２次作業として、図１５（ｅ）のように矩形状に形成した基板Ｂの段差面Ｕｂ１，Ｕｂ２，Ｌｂ１Ｌｂ２上にフォトレジストを塗布して、基板Ｂの段差面Ｕｂ１，Ｕｂ２，Ｌｂ１Ｌｂ２にフォトレジスト層Ｐｒを形成した後、１次マスク（Ｍ＝１）を通して矢印Ａ１で示した光でフォトレジスト層Ｐｒを露光して、フォトレジスト層Ｐｒに２次マスク（Ｍ＝２）のパターンを焼き付ける。
【００７３】
次に、フォトレジスト層Ｐｒのうち１次マスク（Ｍ＝２）のパターンが焼き付けられた部分を図１５（ｆ）に示したように除去して、フォトレジスト層除去部Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６とフォトレジスト層Ｐｒの部分を基板Ｂ上に設ける。
【００７４】
そして、図１５（ｆ）における基板Ｂのフォトレジスト層除去部Ｂ３〜Ｂ６を図１５（ｇ）のように所望の深さまでエッチングによりを行うことにより、基板Ｂに下段差面Ｕｂ１２，Ｕｂ２２，Ｌｂ１，Ｌｂ１２，Ｌｂ２，ＬＢ２２を形成した後、図１５（ｇ）の基板表面に残ったフォトレジスト層Ｐｒを洗浄により除去して、図１５（ｈ）に示したように下段差面Ｕｂ１２，Ｕｂ２２，Ｌｂ１，Ｌｂ１２，Ｌｂ２，ＬＢ２２及び上段差面Ｕｂ１，Ｕｂ２が設けられた基板Ｂを形成する。このようにすることで矩形形状の基板Ｂにさらに、多数の段差面を設けることができる。尚、このような２次作業により１次作業の深さの２分の１の段差が形成され、このときのマスク２枚を使った場合（量子化数４）の各段差面間の段差、即ち深さｄｚは、最適化回折次数をｐ、波長をλとするとｄｚ＝ｐλ／４（ｎ−１）となる。また、このような手順でマスク４枚を使った場合（量子化数１６）の各段差面間の段差、ｄｚはｄｚ＝ｐλ／１６（ｎ−１）となる。
【００７５】
このような作業で、図１，図７に示した対物レンズの回折型光学素子ＤＯＥの表面に回折格子を設けることができる。
【００７６】
また、上述した作業を繰り返すことにより、図１６のようなＢＯＥ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）を回折型光学素子ＤＯＥの一つとして形成することができる。この図１６のＢＯＥは、周縁部にリング帯状に設けられ且つ断面が鋸歯状の小リングレンズ部Ｌｓ１，Ｌｓ２と、中央の凸レンズ部Ｌｃ等からフレネルレンズ状に形成されている。そして、小リングレンズ部Ｌｓ１，Ｌｓ２の表面には上述したようにして形成された回折格子部ｄｇ１，ｄｇ２が形成され、凸レンズ部Ｌｃの表面にも上述したようにして形成された回折格子部ｄｇ３が形成されている。しかも、小リングレンズ部Ｌｓ１，Ｌｓ２の回折格子部ｄｇ１，ｄｇ２の高さｄはｄ＝ｐλ／（ｎ−１）となる。
【００７７】
尚、上述した回折格子を繰り返し形成することは、光学素子の量子化数ととらえることができ、一次の回折光で最適化したときの回折効率と量子化数との関係をグラフにすると、図１７に示すようになる。この図１７において、横軸を回折格子の階段の数、縦軸を回折効率とする。この図１７から分かるように量子化数８で、回折効率は０．９５、また、量子化数１６では０．９９になる。
【００７８】
ところで、上述したように２次光を利用した場合は、ｄ＝ｐλ／（ｎ−１）より、ｄ＝２λ／（ｎ−１）となる。しかも、波長λを決定すれば、屈折率ｎも決まるので、深さｄが決まることになる。上述した実施例では、短波長である２４８nm（２次）を使って形状を最適化し計算している。この場合、仮に屈折率ｎがほとんど一定であるとすると、２４８nmの２次と、４８８nmの１次では、深さｄはそれほど差は無く、つまりどちらの波長でも良好な回折効率が得られた。
【００７９】
また、回折格子部dg3は、回折格子部dg1,dg2で決定された深さをどれだけ量子化するか（何回上記の作業を繰り返すか）によって決定される。即ち、２回作業を行う場合は、４つの階段が出来るので、ｄｚ＝ｄ／４となる。また、３回の場合は、ｄ／８、４回の場合はｄ／１６となる。そして、上述したように、一次の回折光で最適化したときの回折効率は量子化数８で０．９５、量子化数１６で０．９９になる。しかし、高次ｐの回折光で最適化した場合、量子化数Ｎでも、一次の回折光で最適化したときの回折効率の１／ｐの量子化数に相当する回折効率になる。すなわち、量子化数（Ｎ／ｐ）の回折効率になる。従って、波長２４８ｎｍ、回折次数２次、量子化数１６での回折効率は量子化数８に相当し、０．９５になる。４９８ｎｍ（２×２４８ｎｍ）では、基盤の屈折率が２４８ｎｍと同じなら、波長４９８ｎｍ、回折次数１次、量子化数１６での効率に相当し、回折効率０．９９になる。また、波長４８８ｎｍは波長４９８ｎｍに近く、基盤の屈折率を考慮しても回折効率０．９７になる。
【００８０】
また、回折格子の形状は上述した（１）式の位相関数φ(h)によって決定される。たとえば、２レベルのBOEを作成する場合、位相関数が２π／２変化するｈがそのマスクの幅となる。４レベルの場合は、上記に加えて、２π／４で決定されるhの幅で作成されたマスクが第２工程で使用される。
【００８１】
更に、図１６において、凸レンズ部Ｌｃの半径は、位相関数が２π変化したｈで、深さｄは位相関数の２πの変化に相当する。同じく小リングレンズ部Ls2の幅も位相関数が２π変化するｈに相当する。
【００８２】
以上説明したように、この発明の実施の形態の顕微鏡対物レンズは、紫外域の波長λ１に対してほぼ２倍の２λ１の波長に対して色補正されるようにしている。
【００８３】
この構成によれば、波長２４８ｎｍなどの深紫外域（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、略してＤＵＶと呼ばれる。）から可視領域に亘る広い波長幅での色収差補正は実現することができる。
【００８４】
また、この発明の実施の形態の顕微鏡対物レンズは、紫外域の波長λ＝２４８±５ｎｍに対してほぼ２倍の４８８ｎｍの波長に対して色補正されている。
【００８５】
この構成によれば、波長２４８ｎｍなどの深紫外域（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、略してＤＵＶと呼ばれる。）から可視領域に亘る広い波長幅での色収差補正は実現することができる。
【００８６】
更に、この発明の実施の形態の顕微鏡対物レンズは、紫外域の波長λ＝２４８ｎｍに対しては二次回折波を用い、ほぼ２倍のλ＝４８８ｎｍに対しては一次回折波を用いて、色補正するようになっている。
【００８７】
この構成によれば、波長２４８ｎｍなどの深紫外域（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、略してＤＵＶと呼ばれる。）から可視領域に亘る広い波長幅での色収差補正は実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】この発明に係る顕微鏡対物レンズの光学系の第１実施例を示す説明図である。
【図２】図１の顕微鏡対物レンズの球面収差の説明図である。
【図３】図１の顕微鏡対物レンズの非点収差の説明図である。
【図４】図１の顕微鏡対物レンズの歪曲収差の説明図である。
【図５】図１の顕微鏡対物レンズの横収差の説明図である。
【図６】図１の顕微鏡対物レンズの横収差の説明図である。
【図７】この発明に係る顕微鏡対物レンズの光学系の第２実施例を示す説明図である。
【図８】図７の顕微鏡対物レンズの球面収差の説明図である。
【図９】図７の顕微鏡対物レンズの非点収差の説明図である。
【図１０】図７の顕微鏡対物レンズの歪曲収差の説明図である。
【図１１】図７の顕微鏡対物レンズの横収差の説明図である。
【図１２】図７の顕微鏡対物レンズの横収差の説明図である。
【図１３】回折型光学素子を２４８ｎｍと４８８ｎｍで最適化したときの回折効率の違いの説明図である。
【図１４】図１３の248nmの２次回折光で最適化ときの全体説明図である。
【図１５】（ａ）〜（ｈ）は、図１，図７の回折型光学素子の製造方法を示す説明図である。
【図１６】図１５の製造方法により製造された回折型光学素子の一例を示す説明図である。
【図１７】図１５の製造方法により製造される回折型光学素子の量子化数と回折効率との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
Ｇ１・・・負のレンズ群
Ｇ２・・・レンズ群
Ｇ３・・・レンズ群
Ｇ４・・・正のレンズ群
Ｌ１〜Ｌ１４・・・レンズ
【図１】
2008090051.tif 000015
【図２】
2008090051.tif 000016
【図３】
2008090051.tif 000017
【図４】
2008090051.tif 000018
【図５】
2008090051.tif 000019
【図６】
2008090051.tif 000020
【図７】
2008090051.tif 000021
【図８】
2008090051.tif 000022
【図９】
2008090051.tif 000023
【図１０】
2008090051.tif 000024
【図１１】
2008090051.tif 000025
【図１２】
2008090051.tif 000026
【図１３】
2008090051.tif 000027
【図１４】
2008090051.tif 000028
【図１５】
2008090051.tif 000029
【図１６】
2008090051.tif 000030
【図１７】
2008090051.tif 000031