JP4544980B2 - 光学装置 - Google Patents
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Description
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 J.B.Pendry Phys. Rev.Lett., Vol85, 18(2000) 3966-3969 M. Notomi Phy.Rev.B.Vol62(2000) 10696 V. G. Veselago Sov. Phys. Usp. Vol.10, 509-514(1968) L. Liu and S. He Optics Express Vol.12 No.20 4835-4840(2004) 佐藤・川上 オプトロニクス 2001年7月号 197ページ、オプトロニクス社 刊
また、本発明の第2の態様は、物体の側から、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光学素子に続いて配された結像光学系と、を有する光学装置であって、前記物体は、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子によって中間結像点として結像され、その結像された中間結像点は前記結像光学系によって再結像され、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子にもっとも近い前記結像光学系の光学面から、前記中間結像点までの距離が0.1λ/A(但し、Aは前記結像光学系の中間結像点に於ける開口数である)以上である。
また、本発明の第3の態様は、光源と、前記光源によって照射される物体と、前記物体から放射される光を伝播する負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光学素子に続いて配された結像光学系と、を有する光学装置であって、前記物体は、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子によって中間結像点として結像され、その結像された中間結像点は前記結像光学系によって再結像され、前記物体と、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の前記物体側の表面との距離が0.1λ以上である。
また、本発明の第5の態様は、第1から第4の態様のいずれか1つにおいて、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の屈折率nは、 ―1.1<n<―0.9の範囲にある。
また、本発明の第7の態様は、第1から第6の態様のいずれか1つにおいて、前記結像光学系は、屈折率が正の材料でできた第2の光学素子を有し、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子は、前記第2の光学素子上に設けられている。
また、本発明の第9の態様は、第1から第8の態様のいずれか1つにおいて、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の厚さtが、 (17) 0.1mm≦t≦300mm (18) 0.01mm≦t≦300mm (19) 1100nm≦t≦200mm (20) 100nm≦t≦50mmのいずれか1つの条件を満たす。
入射角をi、出射角をrとすれば
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。
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。
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。
0≦g≦1000λ …式(0−1−0)
でもよい。
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。なお、d+g=0でもよい。
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。
とすればなお良い。
であればよい。
0.5(WD+d)≦t≦1.5(WD+d) …式(3)
で許容される場合もある。
0.15(WD+d)≦t≦4.0(WD+d) …式(4)
でも良いことがある。
を満たすようにすれば、長めのWDを確保できるので良い。
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。
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。
−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。
100nm≦WD≦20mm …式(7)
とするのが良い。
20nm≦WD≦200mm …式(8)
でも許容できる。
とすれば、さらに使いやすい光学装置が得られる。
とすれば、なお使いやすく、光学装置のWDを決める機構が簡単になるので良い。
とすれば、さらに使いやすく、光学装置の機械的精度もさらに下げられるので良い。
WD>d …式(8−1)
を満すことが望ましい。
でも製品によっては許容できる。
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。
WD+d−t=△ …式(8−3)
とした時、|△|の値が大きいほど結像状態は悪くなる。
であればある程度の結像状態の低下でおさえられる。
|△|<10λ …式(8−4−1)
まで許容できる。
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。
−3<n<−0.2 …式(11)
でも良い場合がある。
とすれば、広い用途に利用できる。
とすればなお良い。
とすれば、着色はあるものの、高解像が実現でき良い。
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。
nv =−nA …式(15)
である。
nv =−1.0 …式(16)
である。
nv =−nL 式(15−3)
となる。
0.1mm≦t≦300mm …式(17)
とするのがよい。tの値が上限を越えると、光学装置が大きくなり、製造しにくくなる。
0.01mm≦t≦300mm …式(18)
でも許容される。
1100nm≦t≦200mm …式(19)
あるいは、
100nm≦t≦50mm …式(20)
でも許容できる場合がある。
上記した具体的な実施形態から以下の構成を有する発明を抽出することが可能である。
dは、前記負屈折を示す媒質と光学系の中間結像点までの距離
tは、前記負屈折を示す媒質の厚さ
4−13 2乃至4−12のいずれかにおいて、前記負屈折を示す媒質の屈折率がおよそ−1であることを特徴とする。
−1でなく、かつ式(11)を満たすことを特徴とする。
dは、前記負屈折を示す媒質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、前記負屈折を示す媒質の厚さ、である。
結像光学系と、を有し、
前記結像光学系の中間結像点から前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の表面までの距離の絶対値が0.1λ/A(但し、Aは前記結像光学系の中間結像点に於ける開口数である)以上であることを特徴とする光学装置。
結像光学系と、を有し、
前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子にもっとも近い前記結像光学系の光学面から、前記結像光学系の中間結像点までの距離の絶対値が0.1λ/A(但し、Aは前記結像光学系の中間結像点に於ける開口数である)以上であることを特徴とする光学装置。
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、
前記微細構造を有する部材と、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の表面との距離が0.1λ以上であることを特徴とする光学装置。
結像光学系と、を有し、
前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の厚さtが、
(17) 0.1mm≦t≦300mm
(18) 0.01mm≦t≦300mm
(19) 1100nm≦t≦200mm
(20) 100nm≦t≦50mm
のいずれか1つの条件を満たすことを特徴とする光学装置。
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、
前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の厚さtが、
(17) 0.1mm≦t≦300mm
(18) 0.01mm≦t≦300mm
(19) 1100nm≦t≦200mm
(20) 100nm≦t≦50mm
のいずれか1つの条件を満たすことを特徴とする光学装置。
Claims (10)
- 物体の側から、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光学素子に続いて配された結像光学系と、を有する光学装置であって、
前記物体は、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子によって中間結像点として結像され、その結像された中間結像点は前記結像光学系によって再結像され、
前記中間結像点から前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の像側の表面までの距離が0.1λ/A(但し、Aは前記結像光学系の中間結像点に於ける開口数である)以上であることを特徴とする光学装置。 - 物体の側から、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光学素子に続いて配された結像光学系と、を有する光学装置であって、
前記物体は、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子によって中間結像点として結像され、その結像された中間結像点は前記結像光学系によって再結像され、
前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子にもっとも近い前記結像光学系の光学面から、前記中間結像点までの距離が0.1λ/A(但し、Aは前記結像光学系の中間結像点に於ける開口数である)以上であることを特徴とする光学装置。 - 光源と、前記光源によって照射される物体と、前記物体から放射される光を伝播する負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記光学素子に続いて配された結像光学系と、を有する光学装置であって、
前記物体は、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子によって中間結像点として結像され、その結像された中間結像点は前記結像光学系によって再結像され、
前記物体と、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の前記物体側の表面との距離が0.1λ以上であることを特徴とする光学装置。 - 前記中間結像点から前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の像側の表面までの距離が0.005mm以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光学装置。
- 前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の屈折率nは、 ―1.1<n<―0.9の範囲にあることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の光学装置。
- 前記光学素子と前記結像光学系との間、及び前記光学素子と前記物体との間は、液体で満たされており、前記液体の屈折率をnL とし、前記光学素子の真空に対する屈折率をnvとしたときに、nv =−nLであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の光学装置。
- 前記結像光学系は、屈折率が正の材料でできた第2の光学素子を有し、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子は、前記第2の光学素子上に設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の光学装置。
- 前記光源と前記物体との間に、前記物体を支持する透明媒体を備え、
前記光源は、前記透明媒体に対して全反射をする角度で入射することを特徴とする請求項3に記載の光学装置。 - 前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子の厚さtが、
(17) 0.1mm≦t≦300mm
(18) 0.01mm≦t≦300mm
(19) 1100nm≦t≦200mm
(20) 100nm≦t≦50mm
のいずれか1つの条件を満たすことを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の光学装置。 - 前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子としてフォトニック結晶を用い、かつ当該フォトニック結晶の回転対称性の最も良い軸が前記光学系の光軸方向を向いていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の光学装置。
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