JPH095805A - 集光レンズ - Google Patents
集光レンズInfo
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- JPH095805A JPH095805A JP7148593A JP14859395A JPH095805A JP H095805 A JPH095805 A JP H095805A JP 7148593 A JP7148593 A JP 7148593A JP 14859395 A JP14859395 A JP 14859395A JP H095805 A JPH095805 A JP H095805A
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 フッ化マグネシウムの両凸レンズ２０と合成
石英からなる両凹レンズ２１からなる色消しレンズであ
り、ネオジウム・ヤグ・レーザ等の固体レーザにより第
５高調波を発生させる場合において、基本波と第４高調
波を非線形光学結晶２２内に集光させる。 【効果】 特に、非線形光学結晶ベータバリウムボレイ
トを用いた上記第５高調波発生に好適である。
石英からなる両凹レンズ２１からなる色消しレンズであ
り、ネオジウム・ヤグ・レーザ等の固体レーザにより第
５高調波を発生させる場合において、基本波と第４高調
波を非線形光学結晶２２内に集光させる。 【効果】 特に、非線形光学結晶ベータバリウムボレイ
トを用いた上記第５高調波発生に好適である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体露光装置
で用いられる遠紫外光発生装置等を構成する集光レンズ
に関するものである。
で用いられる遠紫外光発生装置等を構成する集光レンズ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体露光装置においては、遠紫
外光発生装置が用いられている。そして、この遠紫外光
発生装置としては、非線形光学過程を用いたものが提案
されている。
外光発生装置が用いられている。そして、この遠紫外光
発生装置としては、非線形光学過程を用いたものが提案
されている。
【０００３】非線形光学過程を用いた遠紫外光発生装置
においては、２波長の入射光束を非線形光学結晶内にお
いて集光させる。この遠紫外光発生装置において、高効
率な非線形光学過程を実現するためには、２波長の入射
光束の非線形光学結晶内でのスポットサイズを小さく
し、同時に２波長の光束の重なりを大きくする必要があ
る。
においては、２波長の入射光束を非線形光学結晶内にお
いて集光させる。この遠紫外光発生装置において、高効
率な非線形光学過程を実現するためには、２波長の入射
光束の非線形光学結晶内でのスポットサイズを小さく
し、同時に２波長の光束の重なりを大きくする必要があ
る。
【０００４】上記入射光束を集光させるためのレンズ材
料としては、上記２波長（例えば、１０６４ｎｍ（ナノ
メートル）と２６６ｎｍ）で透明な、フッ化マグネシウ
ム、フッ化カルシウム、合成石英が知られている。
料としては、上記２波長（例えば、１０６４ｎｍ（ナノ
メートル）と２６６ｎｍ）で透明な、フッ化マグネシウ
ム、フッ化カルシウム、合成石英が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した光
学レンズ材料、すなわち、フッ化マグネシウムや合成石
英を単独でレンズとして用いると、入射光束の上記２波
長（１０６４ｎｍ（ナノメートル）と２６６ｎｍ）間の
屈折率差が大きいという理由で、以下のような問題点が
あった。
学レンズ材料、すなわち、フッ化マグネシウムや合成石
英を単独でレンズとして用いると、入射光束の上記２波
長（１０６４ｎｍ（ナノメートル）と２６６ｎｍ）間の
屈折率差が大きいという理由で、以下のような問題点が
あった。
【０００６】すなわち、従来、フッ化マグネシウムや合
成石英を用いた単レンズで集光すると、色収差が非線形
光学結晶長を越える程大きくなり、２波長の光束の重な
りが低下する。
成石英を用いた単レンズで集光すると、色収差が非線形
光学結晶長を越える程大きくなり、２波長の光束の重な
りが低下する。
【０００７】したがって、この場合においては、色分解
プリズム（ダイクロイック・ビーム・スプリッタ）を用
いて２波長を分離し、分離した各波長の光路毎にレンズ
を挿入し、再度、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ
を用いて合波した後、レンズ位置を調整して非線形光学
結晶内の焦点の位置合わせを行う必要がある。
プリズム（ダイクロイック・ビーム・スプリッタ）を用
いて２波長を分離し、分離した各波長の光路毎にレンズ
を挿入し、再度、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ
を用いて合波した後、レンズ位置を調整して非線形光学
結晶内の焦点の位置合わせを行う必要がある。
【０００８】そのため、フッ化マグネシウムや合成石英
を用いた単レンズで集光することとすると、部品点数が
増加するとともに、高い光軸合わせ精度が必要となり、
装置が複雑化するとともに大型化することとなってい
る。
を用いた単レンズで集光することとすると、部品点数が
増加するとともに、高い光軸合わせ精度が必要となり、
装置が複雑化するとともに大型化することとなってい
る。
【０００９】また、光学部品点数が増加するに伴い、各
部品で発生する光学的損失が累積して増加し、効率が犠
牲になっていた。
部品で発生する光学的損失が累積して増加し、効率が犠
牲になっていた。
【００１０】そこで、本発明の目的は、上記の問題点を
解消し、非線形光学過程を用いた遠紫外光発生装置にお
いて、部品点数を増加させることなく、また、高い光軸
合わせ精度を不要として、装置構成の簡素化、小型化を
可能とする集光レンズを提供することにある。
解消し、非線形光学過程を用いた遠紫外光発生装置にお
いて、部品点数を増加させることなく、また、高い光軸
合わせ精度を不要として、装置構成の簡素化、小型化を
可能とする集光レンズを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、上
記目的を達成するため、本発明に係る集光レンズは、固
体レーザの基本波とその第４高調波とを非線形光学結晶
中に集光させるための集光レンズであって、フッ化マグ
ネシウムからなる両凸の正レンズと合成石英からなる両
凹の負レンズとから構成され、該基本波と該第４高調波
とを該非線形光学結晶中で同一の焦点面に結像させるこ
ととなされたものである。
記目的を達成するため、本発明に係る集光レンズは、固
体レーザの基本波とその第４高調波とを非線形光学結晶
中に集光させるための集光レンズであって、フッ化マグ
ネシウムからなる両凸の正レンズと合成石英からなる両
凹の負レンズとから構成され、該基本波と該第４高調波
とを該非線形光学結晶中で同一の焦点面に結像させるこ
ととなされたものである。
【００１２】また、本発明は、上記集光レンズにおい
て、上記非線形光学結晶がベータ・バリウム・ボレイト
であることとしたものである。
て、上記非線形光学結晶がベータ・バリウム・ボレイト
であることとしたものである。
【００１３】さらに、本発明は、上記集光レンズにおい
て、上記非線形光学結晶の結晶長に応じて、上記正レン
ズと上記負レンズとの間隔を調整し、該非線形光学結晶
の屈折率の波長分散に起因して発生する２波長での軸上
色収差を補正したものである。
て、上記非線形光学結晶の結晶長に応じて、上記正レン
ズと上記負レンズとの間隔を調整し、該非線形光学結晶
の屈折率の波長分散に起因して発生する２波長での軸上
色収差を補正したものである。
【００１４】そして、本発明は、上記集光レンズにおい
て、焦点距離をＦ、上記非線形光学結晶の結晶長を２ｔ
としたとき、１０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４が満足されてい
ることとし、軸上色収差及び軸外色収差を補正したもの
である。
て、焦点距離をＦ、上記非線形光学結晶の結晶長を２ｔ
としたとき、１０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４が満足されてい
ることとし、軸上色収差及び軸外色収差を補正したもの
である。
【００１５】
【作用】本発明に係る集光レンズにおいては、フッ化マ
グネシウムからなる両凸の正レンズと合成石英からなる
両凹の負レンズとから構成され、固体レーザの基本波と
その第４高調波とを該非線形光学結晶中で同一の焦点面
に結像させるので、非線形光学過程を用いた遠紫外光発
生装置を構成することができる。
グネシウムからなる両凸の正レンズと合成石英からなる
両凹の負レンズとから構成され、固体レーザの基本波と
その第４高調波とを該非線形光学結晶中で同一の焦点面
に結像させるので、非線形光学過程を用いた遠紫外光発
生装置を構成することができる。
【００１６】また、上記集光レンズにおいては、上記非
線形光学結晶としては、ベータ・バリウム・ボレイトを
用いることができる。
線形光学結晶としては、ベータ・バリウム・ボレイトを
用いることができる。
【００１７】さらに、上記集光レンズにおいては、上記
非線形光学結晶の結晶長に応じて、上記正レンズと上記
負レンズとの間隔を調整することにより、該非線形光学
結晶の屈折率の波長分散に起因して発生する２波長での
軸上色収差を補正することができる。
非線形光学結晶の結晶長に応じて、上記正レンズと上記
負レンズとの間隔を調整することにより、該非線形光学
結晶の屈折率の波長分散に起因して発生する２波長での
軸上色収差を補正することができる。
【００１８】そして、上記集光レンズにおいて、焦点距
離をＦ、上記非線形光学結晶の結晶長を２ｔとしたと
き、１０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４が満足されていることと
すると、軸上色収差及び軸外色収差を補正することがで
きる。
離をＦ、上記非線形光学結晶の結晶長を２ｔとしたと
き、１０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４が満足されていることと
すると、軸上色収差及び軸外色収差を補正することがで
きる。
【００１９】すなわち、本発明に係る集光レンズを用い
て遠紫外光発生装置を構成すれば、ネオジウム・ヤグ
（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎｍ（ナノ
メートル））とその第４高調波（２６６ｎｍ）を非線形
光学結晶中の同一焦点面に集光することができるので、
簡素で小型な装置を用いて、高効率で第５高調波（２１
３ｎｍ）を発生させることができる。
て遠紫外光発生装置を構成すれば、ネオジウム・ヤグ
（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎｍ（ナノ
メートル））とその第４高調波（２６６ｎｍ）を非線形
光学結晶中の同一焦点面に集光することができるので、
簡素で小型な装置を用いて、高効率で第５高調波（２１
３ｎｍ）を発生させることができる。
【００２０】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の具体的
な実施例について説明する。
な実施例について説明する。
【００２１】本発明に係る集光レンズを用いて構成され
た遠紫外光発生装置は、図１に示すように、波長１０６
４ｎｍ（ナノメートル）のネオジウム・ヤグ（Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ）レーザの基本波を第１の非線形光学結晶１１中に
集光する第１の集光レンズ１０を有している。
た遠紫外光発生装置は、図１に示すように、波長１０６
４ｎｍ（ナノメートル）のネオジウム・ヤグ（Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ）レーザの基本波を第１の非線形光学結晶１１中に
集光する第１の集光レンズ１０を有している。
【００２２】上記第１の非線形光学結晶１１からは、第
２高調波である波長５３２ｎｍの緑色光が発生する。
２高調波である波長５３２ｎｍの緑色光が発生する。
【００２３】そして、この遠紫外光発生装置は、波長１
０６４ｎｍの透過光束と波長５３２ｎｍの光束を第２の
非線形光学結晶１３中に集光する第２の集光レンズ１２
を有している。上記第２の非線形光学結晶１３からは、
波長５３２ｎｍの緑色光の第２高調波である波長２６６
ｎｍの紫外光が発生する。
０６４ｎｍの透過光束と波長５３２ｎｍの光束を第２の
非線形光学結晶１３中に集光する第２の集光レンズ１２
を有している。上記第２の非線形光学結晶１３からは、
波長５３２ｎｍの緑色光の第２高調波である波長２６６
ｎｍの紫外光が発生する。
【００２４】さらに、この遠紫外光発生装置は、波長１
０６４ｎｍの透過光束と波長２６６ｎｍの光束を第３の
非線形光学結晶１５中に集光する第３の集光レンズ１４
を有している。
０６４ｎｍの透過光束と波長２６６ｎｍの光束を第３の
非線形光学結晶１５中に集光する第３の集光レンズ１４
を有している。
【００２５】上記第３の非線形光学結晶１５からは、波
長１０６４ｎｍと波長２６６ｎｍの和周波である波長２
１３ｎｍの紫外光が発生する。
長１０６４ｎｍと波長２６６ｎｍの和周波である波長２
１３ｎｍの紫外光が発生する。
【００２６】これらの過程では、以下に示す条件が充足
されている。
されている。
【００２７】（過程：１）１０６４ｎｍにおける第２高
調波発生に用いる第１の非線形光学結晶は、リチウム・
トライボレイト（ＬｉＢ3Ｏ5、ＬＢＯ）である。タイプ
Ｉの位相整合を用い、その位相整合角はＸＹ面内でＸ軸
から１０．７°である。
調波発生に用いる第１の非線形光学結晶は、リチウム・
トライボレイト（ＬｉＢ3Ｏ5、ＬＢＯ）である。タイプ
Ｉの位相整合を用い、その位相整合角はＸＹ面内でＸ軸
から１０．７°である。
【００２８】（過程：２）５３２ｎｍにおける第２高調
波発生に用いる第２の非線形光学結晶はベータ・バリウ
ム・ボレイト（β−ＢａＢ2Ｏ4、β−ＢＢＯ）である。
タイプＩの位相整合を用い、その位相整合角はＺ軸から
４７．５°である。
波発生に用いる第２の非線形光学結晶はベータ・バリウ
ム・ボレイト（β−ＢａＢ2Ｏ4、β−ＢＢＯ）である。
タイプＩの位相整合を用い、その位相整合角はＺ軸から
４７．５°である。
【００２９】（過程：３）１０６４ｎｍと５３２ｎｍの
和周波混合に用いる第３の非線形光学結晶はベータ・バ
リウム・ボレイト（β−ＢＢＯ）である。タイプＩの位
相整合を用い、その位相整合角はＺ軸から５０．４°で
ある。
和周波混合に用いる第３の非線形光学結晶はベータ・バ
リウム・ボレイト（β−ＢＢＯ）である。タイプＩの位
相整合を用い、その位相整合角はＺ軸から５０．４°で
ある。
【００３０】［非線形光学過程を用いた紫外光発生にお
ける色消し集光レンズの必要性］本発明は、ネオジウム
・ヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎ
ｍ）とその第４高調波（２６６ｎｍ）より、線形光学過
程を用いて、第５高調波（２１３ｎｍ）を発生させる遠
紫外光発生装置において使用される集光レンズに関す
る。
ける色消し集光レンズの必要性］本発明は、ネオジウム
・ヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎ
ｍ）とその第４高調波（２６６ｎｍ）より、線形光学過
程を用いて、第５高調波（２１３ｎｍ）を発生させる遠
紫外光発生装置において使用される集光レンズに関す
る。
【００３１】この遠紫外光発生装置においては、１０６
４ｎｍから出発して、上述した（過程：１）から（過
程：３）までの非線形光学過程を連続して行う必要があ
り、各過程での非線形変換効率を高めるべく、非線形光
学結晶内での光密度を高めるために、上記各集光レンズ
１０，１２，１４が必要である。
４ｎｍから出発して、上述した（過程：１）から（過
程：３）までの非線形光学過程を連続して行う必要があ
り、各過程での非線形変換効率を高めるべく、非線形光
学結晶内での光密度を高めるために、上記各集光レンズ
１０，１２，１４が必要である。
【００３２】上記図１に示した配置において、特に、
（過程：３）の第５高調波発生を例にとり具体的に説明
する。
（過程：３）の第５高調波発生を例にとり具体的に説明
する。
【００３３】上記第３の集光レンズ１４から集光点まで
の距離をＬ′、この第３の集光レンズ１４上の光束径を
Ｄとするとき、レンズの有効Ｆナンバーは、ｆ＃＝Ｌ′
／Ｄである。このとき集光スポット直径は、ｄ0＝２ｆ
＃λで与えられ、スポット半径ω0＝ｄ0／２を用いてレ
ーリー（Rayleigh）領域をＺR＝Ｎπω0 2／λで定義す
ると、スポット位置の前後にＺRの領域が非線形相互作
用の有効領域である。ここにＮは非線形光学結晶の屈折
率である。
の距離をＬ′、この第３の集光レンズ１４上の光束径を
Ｄとするとき、レンズの有効Ｆナンバーは、ｆ＃＝Ｌ′
／Ｄである。このとき集光スポット直径は、ｄ0＝２ｆ
＃λで与えられ、スポット半径ω0＝ｄ0／２を用いてレ
ーリー（Rayleigh）領域をＺR＝Ｎπω0 2／λで定義す
ると、スポット位置の前後にＺRの領域が非線形相互作
用の有効領域である。ここにＮは非線形光学結晶の屈折
率である。
【００３４】上記図１に示した配置で（過程：３）の第
５高調波発生で用いている数値をもとに算出したレーリ
ー領域示す。なおＬ′＝８８（ｍｍ（ミリメート
ル））、またＢＢＯの屈折率Ｎは後述する値を用いた。
５高調波発生で用いている数値をもとに算出したレーリ
ー領域示す。なおＬ′＝８８（ｍｍ（ミリメート
ル））、またＢＢＯの屈折率Ｎは後述する値を用いた。
【００３５】
【表１】
【００３６】上述の遠紫外光発生装置において用いられ
る本発明に係る集光レンズの一実施例は、図２に示すよ
うに、フッ化マグネシウムからなる両凸の正レンズ２０
と、合成石英からなる両凹の負レンズ２１とから構成さ
れる。
る本発明に係る集光レンズの一実施例は、図２に示すよ
うに、フッ化マグネシウムからなる両凸の正レンズ２０
と、合成石英からなる両凹の負レンズ２１とから構成さ
れる。
【００３７】この集光レンズは、非線形光学結晶２２中
に光束を集光させる。この非線形光学結晶２２は、ベー
タ・バリウム・ボレイト（β−ＢＢＯ）であり、その結
晶長は目的に応じ適宜異なるものが使用される。
に光束を集光させる。この非線形光学結晶２２は、ベー
タ・バリウム・ボレイト（β−ＢＢＯ）であり、その結
晶長は目的に応じ適宜異なるものが使用される。
【００３８】この集光レンズの材料にフッ化マグネシウ
ム及び合成石英を選定した理由は、以下の通りである。
ム及び合成石英を選定した理由は、以下の通りである。
【００３９】（理由：１）ネオジウム・ヤグ（Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎｍ）とその第４高調
波（２６６ｎｍ）のいずれの波長でも良好な透過率を有
する。この点は単に効率の観点以外に、吸収に起因する
光損場防止の観点からも重要である。
ＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎｍ）とその第４高調
波（２６６ｎｍ）のいずれの波長でも良好な透過率を有
する。この点は単に効率の観点以外に、吸収に起因する
光損場防止の観点からも重要である。
【００４０】（理由：２）フッ化マグネシウムと合成石
英とのＶナンバーの差が大きく、フッ化マグネシウムと
合成石英のレンズ・エレメントのパワーが過度に強くな
らずに済み、製作上有利である。
英とのＶナンバーの差が大きく、フッ化マグネシウムと
合成石英のレンズ・エレメントのパワーが過度に強くな
らずに済み、製作上有利である。
【００４１】図３にフッ化マグネシウム、合成石英、ベ
ータ・バリウム・ボレイト、フッ化カルシウムの屈折率
の波長依存性を示す。設計に必要な１０６４ｎｍ、２６
６ｎｍおよび５３２ｎｍでの屈折率とＶナンバーを示
す。なお、フッ化マグネシウムとベータ・バリウム・ボ
レイトは、本遠紫外光発生装置で必要な常光線方向の屈
折率値を示す。ここでＶナンバーは色消し集光レンズの
設計に用いるパラメータである。然るに、常用されるＶ
ナンバーは、以下の〔表２〕に示すように、
ータ・バリウム・ボレイト、フッ化カルシウムの屈折率
の波長依存性を示す。設計に必要な１０６４ｎｍ、２６
６ｎｍおよび５３２ｎｍでの屈折率とＶナンバーを示
す。なお、フッ化マグネシウムとベータ・バリウム・ボ
レイトは、本遠紫外光発生装置で必要な常光線方向の屈
折率値を示す。ここでＶナンバーは色消し集光レンズの
設計に用いるパラメータである。然るに、常用されるＶ
ナンバーは、以下の〔表２〕に示すように、
【００４２】
【表２】
【００４３】における屈折率で定義されるから、例えば
フッ化カルシウムのＶナンバーは９３となるなど、１０
６４ｎｍから２６６ｎｍにわたる本発明で使用されるも
のと大きく隔たっていることに注意する。
フッ化カルシウムのＶナンバーは９３となるなど、１０
６４ｎｍから２６６ｎｍにわたる本発明で使用されるも
のと大きく隔たっていることに注意する。
【００４４】
【表３】
【００４５】これより、フッ化マグネシウムで、例えば
焦点距離（ｆa）＝１００ｍｍの単レンズを作ると、例
えぱ平行光入射における近軸色収差は、公式より、 −ｆa／Ｖ＝−１００／１４．７＝−６．８（ｍｍ） となり、非線形光学結晶：ベータ・バリウム・ボレイト
の典型的な長さ（５ｍｍ）を越える。一方、上記図１に
示した配置における非線形相互作用の有効領域は各波長
でのスポット位置の前後に３ｍｍ程度であった。
焦点距離（ｆa）＝１００ｍｍの単レンズを作ると、例
えぱ平行光入射における近軸色収差は、公式より、 −ｆa／Ｖ＝−１００／１４．７＝−６．８（ｍｍ） となり、非線形光学結晶：ベータ・バリウム・ボレイト
の典型的な長さ（５ｍｍ）を越える。一方、上記図１に
示した配置における非線形相互作用の有効領域は各波長
でのスポット位置の前後に３ｍｍ程度であった。
【００４６】したがって、フッ化マグネシウム、合成石
英、フッ化カルシウムを用いた単レンズで、２波長（１
０６４ｎｍと２６６ｎｍ）の光束を集光すると、色収差
によって、非線形光学結晶内での非線形相互作用の有効
領域の重なり合いが著しく損なわれることが明らかであ
る。
英、フッ化カルシウムを用いた単レンズで、２波長（１
０６４ｎｍと２６６ｎｍ）の光束を集光すると、色収差
によって、非線形光学結晶内での非線形相互作用の有効
領域の重なり合いが著しく損なわれることが明らかであ
る。
【００４７】また、１０６４ｎｍと２６６ｎｍにおける
合成石英あるいはフッ化カルシウムで、同じ焦点距離
（ｆa）の単レンズを作ると、色収差がさらに大きくな
る。
合成石英あるいはフッ化カルシウムで、同じ焦点距離
（ｆa）の単レンズを作ると、色収差がさらに大きくな
る。
【００４８】本発明は、正の焦点距離（ｆa）と負の焦
点距離（ｆb）の単レンズをそれぞれ作りこれらを近接
して配置して色消し集光レンズとするものである。合成
焦点距離をＦとするとき、近軸色収差を小さくするｆa
とｆbとは以下の公式で与えられる。
点距離（ｆb）の単レンズをそれぞれ作りこれらを近接
して配置して色消し集光レンズとするものである。合成
焦点距離をＦとするとき、近軸色収差を小さくするｆa
とｆbとは以下の公式で与えられる。
【００４９】ｆa＝Ｆ（Ｖa−Ｖb）／Ｖa・・・・・・式（１） ｆb＝Ｆ（Ｖb−Ｖa）／Ｖb・・・・・・式（２） したがってＶa−Ｖbが小さい程、個々のレンズ・エレメ
ントのパワーが大きくなり、その分製作上不利になる。
また、球面収差等の補正もより困難になる。
ントのパワーが大きくなり、その分製作上不利になる。
また、球面収差等の補正もより困難になる。
【００５０】フッ化マグネシウム、合成石英、フッ化カ
ルシウムの３つの材料のうち２つを組み合わせたときの
Ｖa−Ｖbを計算すると以下のようになる。
ルシウムの３つの材料のうち２つを組み合わせたときの
Ｖa−Ｖbを計算すると以下のようになる。
【００５１】
【表４】
【００５２】上記〔表４〕より明らかなように、フッ化
マグネシウムと合成石英との組み合わせがもっともＶa
−Ｖbが大きく、有利である。
マグネシウムと合成石英との組み合わせがもっともＶa
−Ｖbが大きく、有利である。
【００５３】さらに、フッ化マグネシウムは熱的、機械
的強度の点でフッ化カルシウムよりすぐれている。以上
がフッ化マグネシウムと合成石英を色消し集光レンズの
材料に選定した理由である。
的強度の点でフッ化カルシウムよりすぐれている。以上
がフッ化マグネシウムと合成石英を色消し集光レンズの
材料に選定した理由である。
【００５４】以下に示すレンズの設計例をもとに、本発
明をさらに具体的に説明する。（単位：ｍｍ）
明をさらに具体的に説明する。（単位：ｍｍ）
【００５５】
【表５】
【００５６】第１面から第２面までは、フッ化マグネシ
ウムからなる両凸の正レンズで、とくに両面の曲率半径
は等しい。
ウムからなる両凸の正レンズで、とくに両面の曲率半径
は等しい。
【００５７】第３面から第４面までは、合成石英からな
る両凹の負レンズ、その焦点距離は、薄肉レンズの色消
し条件式 −（１／ｆaＶa）−（１／ｆbＶb）＝０・・・・・・式（３） をほぼ満足する。かつ、第３面の曲率半径は、第２面の
曲率半径に近く、かつ、絶対値で該第２面の曲率半径よ
り大きい。
る両凹の負レンズ、その焦点距離は、薄肉レンズの色消
し条件式 −（１／ｆaＶa）−（１／ｆbＶb）＝０・・・・・・式（３） をほぼ満足する。かつ、第３面の曲率半径は、第２面の
曲率半径に近く、かつ、絶対値で該第２面の曲率半径よ
り大きい。
【００５８】第２面から第３面までは、両凸の正レンズ
と両凹の負レンズの間の空気間隔で、第３面の曲率半径
の絶対値は第２面の曲率半径の絶対値より大きいから、
配置上この空気間隔は無限小まで小さくすることができ
る。
と両凹の負レンズの間の空気間隔で、第３面の曲率半径
の絶対値は第２面の曲率半径の絶対値より大きいから、
配置上この空気間隔は無限小まで小さくすることができ
る。
【００５９】第５面から第６面までは、ベータ・バリウ
ム・ボレイトの結晶で、結晶長６ｍｍの中央に焦点面を
形成することを前提とする。
ム・ボレイトの結晶で、結晶長６ｍｍの中央に焦点面を
形成することを前提とする。
【００６０】〔表５〕に示す色消し集光レンズの各波長
における焦点距離を計算すると〔表６〕及び図４に示す
ように、波長２６６ｎｍでとくに長く、１０６４ｎｍで
の焦点距離は、これより０．１５ｍｍ短い。
における焦点距離を計算すると〔表６〕及び図４に示す
ように、波長２６６ｎｍでとくに長く、１０６４ｎｍで
の焦点距離は、これより０．１５ｍｍ短い。
【００６１】
【表６】
【００６２】一方、〔表３〕に示したように、ＢＢＯ結
晶は、Ｖナンバーが格段に小さく、したがって、大きな
分散を有する。そのため、光束がこのＢＢＯ結晶を通過
することによる像面の浮上り量の２波長差が無視できな
い。すなわち、屈折率（Ｎ）、板厚（ｔ）の平行平板に
よる像面の浮上り量（Ｚ）は、ｔ（１−１／Ｎ）であ
る。ｔ＝３ｍｍとして３波長での像面の浮上り量を計算
すると波長１０６４ｎｍでの像面の浮上り量は波長２６
６ｎｍでの像面の浮上り量より０．１０６ｍｍ短い。
晶は、Ｖナンバーが格段に小さく、したがって、大きな
分散を有する。そのため、光束がこのＢＢＯ結晶を通過
することによる像面の浮上り量の２波長差が無視できな
い。すなわち、屈折率（Ｎ）、板厚（ｔ）の平行平板に
よる像面の浮上り量（Ｚ）は、ｔ（１−１／Ｎ）であ
る。ｔ＝３ｍｍとして３波長での像面の浮上り量を計算
すると波長１０６４ｎｍでの像面の浮上り量は波長２６
６ｎｍでの像面の浮上り量より０．１０６ｍｍ短い。
【００６３】この浮上り量の差と焦点距離の波長差との
和（０．１５＋０．１０６＝０．２５６（ｍｍ））が色
消し集光レンズの最終面（第４面）からはかった後側主
平面位置（Ｈ′）の波長差０．２５６ｍｍと打ち消しあ
うように、第４面の曲率半径が調整されていることがわ
かる。
和（０．１５＋０．１０６＝０．２５６（ｍｍ））が色
消し集光レンズの最終面（第４面）からはかった後側主
平面位置（Ｈ′）の波長差０．２５６ｍｍと打ち消しあ
うように、第４面の曲率半径が調整されていることがわ
かる。
【００６４】上記〔表６〕では、各波長での、第４面か
ら第５面までの空気間隔（バックフォーカス）を示して
いる。波長１０６４ｎｍと波長２６６ｎｍでの像面は完
全に一致しており、波長５３２ｎｍでの像面は０．０３
６ｍｍレンズ側に位置している。
ら第５面までの空気間隔（バックフォーカス）を示して
いる。波長１０６４ｎｍと波長２６６ｎｍでの像面は完
全に一致しており、波長５３２ｎｍでの像面は０．０３
６ｍｍレンズ側に位置している。
【００６５】また〔表５〕に示す色消し集光レンズにお
ける、波長５３２ｎｍでの正レンズの焦点距離は、６
７．７０５５ｍｍで、負レンズの焦点距離は、−１１
１．７８４９ｍｍである。〔表５〕と同じ合成焦点距離
Ｆ＝１８３．９４２ｍｍを与える薄肉密着近似の色消し
条件式である上記式（３）を満足する正レンズと負レン
ズの焦点距離は、 ｆa＝Ｆ（Ｖa−Ｖb）／Ｖa＝Ｆ／２．６７＝６８．８９
（ｍｍ） ｆb＝Ｆ（Ｖb−Ｖa）／Ｖb＝−Ｆ／１．６７＝−１１
０．１５（ｍｍ） であるから、〔表２〕に示す色消し集光レンズの正レン
ズと負レンズの焦点距離は、薄肉密着近似の色消し条件
式をほぼ満足していることになる。
ける、波長５３２ｎｍでの正レンズの焦点距離は、６
７．７０５５ｍｍで、負レンズの焦点距離は、−１１
１．７８４９ｍｍである。〔表５〕と同じ合成焦点距離
Ｆ＝１８３．９４２ｍｍを与える薄肉密着近似の色消し
条件式である上記式（３）を満足する正レンズと負レン
ズの焦点距離は、 ｆa＝Ｆ（Ｖa−Ｖb）／Ｖa＝Ｆ／２．６７＝６８．８９
（ｍｍ） ｆb＝Ｆ（Ｖb−Ｖa）／Ｖb＝−Ｆ／１．６７＝−１１
０．１５（ｍｍ） であるから、〔表２〕に示す色消し集光レンズの正レン
ズと負レンズの焦点距離は、薄肉密着近似の色消し条件
式をほぼ満足していることになる。
【００６６】以上をまとめると、近赤外（１０６４ｎ
ｍ）と遠紫外（２６６ｎｍ）の２波長を非線形光学結晶
内で同一の像面上に結像させるには、２６６ｎｍを基準
として、以下の（波長差：１）乃至（波長差：３）につ
いての制御が必要である。
ｍ）と遠紫外（２６６ｎｍ）の２波長を非線形光学結晶
内で同一の像面上に結像させるには、２６６ｎｍを基準
として、以下の（波長差：１）乃至（波長差：３）につ
いての制御が必要である。
【００６７】（波長差：１）焦点距離の波長差（ΔＦ） （波長差：２）後側主平面位置の波長差（ΔＨ′） （波長差：３）非線形光学結晶（ＢＢＯ）の結晶による
像面の浮上り量の波長差（ΔＺ） 上記（波長差：１）及び（波長差：２）はレンズ設計で
制御することができ、（波長差：３）は、これと独立
に、非線形光学結晶（ＢＢＯ）の結晶長で決まる。
像面の浮上り量の波長差（ΔＺ） 上記（波長差：１）及び（波長差：２）はレンズ設計で
制御することができ、（波長差：３）は、これと独立
に、非線形光学結晶（ＢＢＯ）の結晶長で決まる。
【００６８】非線形光学結晶（ＢＢＯ）は、用途によっ
て必要な結晶長（２ｔ）が変わる。したがって、像面位
置は、非線形光学結晶の中央とは限らない。上記〔表
５〕に示した色消し集光レンズにおける上記のレンズ設
計のパラメータの一部を変化させて、上記（波長差：
１）及び（波長差：２）を制御できることが望ましく、
そのための制御パラメータとして、第２面と第３面の間
の空気間隔（ｄ）をとることができることを意味してい
る。
て必要な結晶長（２ｔ）が変わる。したがって、像面位
置は、非線形光学結晶の中央とは限らない。上記〔表
５〕に示した色消し集光レンズにおける上記のレンズ設
計のパラメータの一部を変化させて、上記（波長差：
１）及び（波長差：２）を制御できることが望ましく、
そのための制御パラメータとして、第２面と第３面の間
の空気間隔（ｄ）をとることができることを意味してい
る。
【００６９】以下に各非線形光学結晶（ＢＢＯ）の結晶
長（２ｔ）に適した最適空気間隔（ｄ）の計算値を示
す。（単位：ｍｍ）
長（２ｔ）に適した最適空気間隔（ｄ）の計算値を示
す。（単位：ｍｍ）
【００７０】
【表７】
【００７１】各ＢＢＯの結晶長（２ｔ）に応じて空気間
隔（ｄ）を変えるとき発生する焦点距離の波長差（Δ
Ｆ）の変化は、結晶による像面の浮上り量の波長差（Δ
Ｚ）の変化と同程度であるが、後側主平面位置の波長差
（ΔＨ′）は殆ど変化しないことがわかる。
隔（ｄ）を変えるとき発生する焦点距離の波長差（Δ
Ｆ）の変化は、結晶による像面の浮上り量の波長差（Δ
Ｚ）の変化と同程度であるが、後側主平面位置の波長差
（ΔＨ′）は殆ど変化しないことがわかる。
【００７２】よって、本発明の集光レンズにおいては、
光路中に置かれた分散のある結晶の長さが変化して像面
の浮上り量の波長差が変化しても、正レンズと負レンズ
との間の空気間隔を変化させることによって焦点距離の
波長差を変化させ、軸上色収差を十分小さい値に保つこ
とが可能である。
光路中に置かれた分散のある結晶の長さが変化して像面
の浮上り量の波長差が変化しても、正レンズと負レンズ
との間の空気間隔を変化させることによって焦点距離の
波長差を変化させ、軸上色収差を十分小さい値に保つこ
とが可能である。
【００７３】実際の系では、入射光束が１°程度傾くこ
とは十分想定できるから、その結果発生する軸外色収差
の補正を考慮する必要がある。
とは十分想定できるから、その結果発生する軸外色収差
の補正を考慮する必要がある。
【００７４】すなわち、〔表７〕にまとめた各ＢＢＯの
結晶長（２ｔ）に加え、以下の〔表８〕に示すように、
２ｔ＝２０（ｍｍ）の場合についても、入射光束の傾角
１°での軸外色収差ΔＺ（１°）を評価すると、特定の
結晶長（２ｔ＝１６（ｍｍ））のとき、この軸外色収差
ΔＺ（１°）が小さいことがわかる。ここにΔＺ（０
°）とΔＺ（１°）は２６６ｎｍにおける主光線の色収
差値である。
結晶長（２ｔ）に加え、以下の〔表８〕に示すように、
２ｔ＝２０（ｍｍ）の場合についても、入射光束の傾角
１°での軸外色収差ΔＺ（１°）を評価すると、特定の
結晶長（２ｔ＝１６（ｍｍ））のとき、この軸外色収差
ΔＺ（１°）が小さいことがわかる。ここにΔＺ（０
°）とΔＺ（１°）は２６６ｎｍにおける主光線の色収
差値である。
【００７５】
【表８】
【００７６】また、図５乃至図８には、対応する各結晶
長での横収差を３波長について示した。（図５乃至図８
において、それぞれ（ａ）は子午像面の軸外入射（１
°）についての色収差を示し、それぞれ（ｂ）は球欠像
面の軸外入射（１°）についての色収差を示し、それぞ
れ（ｃ）は子午像面の軸上射（０°）についての色収差
を示し、それぞれ（ｄ）は球欠像面の軸上入射（０°）
についての色収差を示している。）この特定の結晶長
（２ｔ＝１６（ｍｍ））については、傾角１°以外の例
えば、０．５°でも１．５°でも軸外色収差が小さい。
もちろん軸上色収差も小さいから、この特定の結晶長で
は例外的にひろい傾角範囲で色収差が良好に補正されて
いることになる。
長での横収差を３波長について示した。（図５乃至図８
において、それぞれ（ａ）は子午像面の軸外入射（１
°）についての色収差を示し、それぞれ（ｂ）は球欠像
面の軸外入射（１°）についての色収差を示し、それぞ
れ（ｃ）は子午像面の軸上射（０°）についての色収差
を示し、それぞれ（ｄ）は球欠像面の軸上入射（０°）
についての色収差を示している。）この特定の結晶長
（２ｔ＝１６（ｍｍ））については、傾角１°以外の例
えば、０．５°でも１．５°でも軸外色収差が小さい。
もちろん軸上色収差も小さいから、この特定の結晶長で
は例外的にひろい傾角範囲で色収差が良好に補正されて
いることになる。
【００７７】〔表７〕で、この結晶長（２ｔ＝１６（ｍ
ｍ））の場合に着目すると、焦点距離の波長差ΔＦ＝−
０．００２８とほぼ０に補正されている。したがって、
このとき、ΔＨ′＋ΔＺ≒０となっている。
ｍ））の場合に着目すると、焦点距離の波長差ΔＦ＝−
０．００２８とほぼ０に補正されている。したがって、
このとき、ΔＨ′＋ΔＺ≒０となっている。
【００７８】波長１０６４ｎｍでの後側主平面位置Ｈ′
2は、図９に示すように、波長２６６ｎｍでの後側主平
面位置Ｈ′1を基準とすると、０．２８１５ｍｍだけ入
射面側に位置する。焦点距離の波長差ΔＦが０（ΔＦ＝
０）に補正されているとき、軸外主光線の入射角をｗと
すると、Ｈ′1及びＨ′2からの出射光線は平行にＢＢＯ
結晶に入射し、屈折の法則にしたがいθ1、θ2方向に進
行する。
2は、図９に示すように、波長２６６ｎｍでの後側主平
面位置Ｈ′1を基準とすると、０．２８１５ｍｍだけ入
射面側に位置する。焦点距離の波長差ΔＦが０（ΔＦ＝
０）に補正されているとき、軸外主光線の入射角をｗと
すると、Ｈ′1及びＨ′2からの出射光線は平行にＢＢＯ
結晶に入射し、屈折の法則にしたがいθ1、θ2方向に進
行する。
【００７９】ここに、波長２６６ｎｍにおけるＢＢＯの
屈折率Ｎ1は、１．６７４２８、波長１０６４ｎｍにお
けるＢＢＯの屈折率Ｎ2は、１．７５７３５である。結
晶長ｔ＝８（ｍｍ）の軸外主光線の傾角ｗ＝１°付近で
はtan（ｗ）＝sin（ｗ）の近似が十分成り立つから、図
９に示すように、一定の結晶長（ｔ）で、 −ΔＨ′＝ｔ（（１／Ｎ1）−（１／Ｎ2））・・・・・・式（４） が成り立てば、軸外像面位置の色収差を補正できるはず
である。
屈折率Ｎ1は、１．６７４２８、波長１０６４ｎｍにお
けるＢＢＯの屈折率Ｎ2は、１．７５７３５である。結
晶長ｔ＝８（ｍｍ）の軸外主光線の傾角ｗ＝１°付近で
はtan（ｗ）＝sin（ｗ）の近似が十分成り立つから、図
９に示すように、一定の結晶長（ｔ）で、 −ΔＨ′＝ｔ（（１／Ｎ1）−（１／Ｎ2））・・・・・・式（４） が成り立てば、軸外像面位置の色収差を補正できるはず
である。
【００８０】ところで、前述のように屈折率（Ｎ）、板
厚（ｔ）の平行平板による像面の浮上り量（Ｚ）は、ｔ
（１−１／Ｎ）であるから、像面の浮上り量の波長差
は、 ΔＺ＝ｔ（（１／Ｎ1）−（１／Ｎ2）） である。よって、 ΔＨ′＋ΔＺ＝０ となり、軸外主光線の色収差が完全に補正できることが
証明された。
厚（ｔ）の平行平板による像面の浮上り量（Ｚ）は、ｔ
（１−１／Ｎ）であるから、像面の浮上り量の波長差
は、 ΔＺ＝ｔ（（１／Ｎ1）−（１／Ｎ2）） である。よって、 ΔＨ′＋ΔＺ＝０ となり、軸外主光線の色収差が完全に補正できることが
証明された。
【００８１】したがって、軸上で焦点距離と像面の色消
しが同時にできれば、軸外像面位置の色収差も補正でき
るが、そのためには結晶の屈折率分散を利用することが
不可欠である。
しが同時にできれば、軸外像面位置の色収差も補正でき
るが、そのためには結晶の屈折率分散を利用することが
不可欠である。
【００８２】これをさらに薄肉レンズ系を用いて解析す
る。正レンズの焦点距離をｆa、負レンズの焦点距離を
ｆb、その空気間隔をｄとするとき合成焦点距離Ｆは、 １／Ｆ＝（１／ｆa）＋（１／ｆb）＋（ｄ／ｆaｆb）・・・・・・式（５） によって示される。
る。正レンズの焦点距離をｆa、負レンズの焦点距離を
ｆb、その空気間隔をｄとするとき合成焦点距離Ｆは、 １／Ｆ＝（１／ｆa）＋（１／ｆb）＋（ｄ／ｆaｆb）・・・・・・式（５） によって示される。
【００８３】このとき、後側主平面位置は、 Ｈ′＝−Ｆｄ／ｆa・・・・・・式（６） であり、合成焦点距離の色消し条件（ΔＦ＝０）より、
後側主平面位置の波長差は、 ΔＨ′＝ＦｄΔｆa／ｆa 2 である。
後側主平面位置の波長差は、 ΔＨ′＝ＦｄΔｆa／ｆa 2 である。
【００８４】一方、正レンズの色収差は、Δｆa＝−ｆa
／Ｖaにより評価できるから、 ΔＨ′＝−Ｆｄ／ｆaＶa となる。ここで、ｆaとして薄肉密着レンズ系の色消し
条件を満足する値、すなわち、 ｆa＝Ｆ（Ｖa−Ｖb）／Ｖa を用いれば、 ΔＨ′≒−ｄ／（Ｖa−Ｖb）・・・・・・式（７） となる。
／Ｖaにより評価できるから、 ΔＨ′＝−Ｆｄ／ｆaＶa となる。ここで、ｆaとして薄肉密着レンズ系の色消し
条件を満足する値、すなわち、 ｆa＝Ｆ（Ｖa−Ｖb）／Ｖa を用いれば、 ΔＨ′≒−ｄ／（Ｖa−Ｖb）・・・・・・式（７） となる。
【００８５】一方、非線形光学結晶ＢＢＯに発生する色
収差は、
収差は、
【００８６】
【数１】
【００８７】となる。上記式（７）と式（８）とを像面
の色消し条件（ΔＨ′＋ΔＺ＝０）に代入すると、
の色消し条件（ΔＨ′＋ΔＺ＝０）に代入すると、
【００８８】
【数２】
【００８９】となり、よって、
【００９０】
【数３】
【００９１】となる。この式（９）は、像面位置の色消
しのための必要条件である。
しのための必要条件である。
【００９２】導出の過程で薄肉密着レンズの色消し条件
を近似に用いたから、ｄが十分小さく、式（５）におい
て、１／Ｆ0＝（１／ｆa）＋（１／ｆb）に対して、−
ｄ／ｆaｆbが十分小さいことが仮定されている。
を近似に用いたから、ｄが十分小さく、式（５）におい
て、１／Ｆ0＝（１／ｆa）＋（１／ｆb）に対して、−
ｄ／ｆaｆbが十分小さいことが仮定されている。
【００９３】式（９）を吟味すると、ＢＢＯのＶナンバ
ーは、ＶBBO＝６．５５２で、一方、フッ化マグネシウ
ムと合成石英とからなる色消し集光レンズの場合、Ｖa
−Ｖｂ＝５．５でこれに近く、焦点距離と像面の色消し
を同時に行う上で好適である。
ーは、ＶBBO＝６．５５２で、一方、フッ化マグネシウ
ムと合成石英とからなる色消し集光レンズの場合、Ｖa
−Ｖｂ＝５．５でこれに近く、焦点距離と像面の色消し
を同時に行う上で好適である。
【００９４】薄肉解ながら、結晶長２ｔ＝１６（ｍ
ｍ）、
ｍ）、
【００９５】
【数４】
【００９６】を代入すると、ｄ＝１．６３３（ｍｍ）が
得られる。逆に、同じ空気間隔で、他の光学材料、例え
ば、フッ化カルシウムと合成石英とからなる色消し集光
レンズの場合、Ｖａ−Ｖb＝３．７５で、結晶長２ｔ＝
２３．４（ｍｍ）のＢＢＯが必要となり、非現実的とな
ってしまう。
得られる。逆に、同じ空気間隔で、他の光学材料、例え
ば、フッ化カルシウムと合成石英とからなる色消し集光
レンズの場合、Ｖａ−Ｖb＝３．７５で、結晶長２ｔ＝
２３．４（ｍｍ）のＢＢＯが必要となり、非現実的とな
ってしまう。
【００９７】色消し集光レンズの光学材料と非線形光学
結晶との組み合わせが固定されたとき、色消し集光レン
ズ内の空気間隔と非線形光学結晶の結晶長とのバランス
が重要なわけであるが、色消し集光レンズの空気間隔
は、上記式（５）よりわかるように、色消し集光レンズ
の合成焦点距離も変える。
結晶との組み合わせが固定されたとき、色消し集光レン
ズ内の空気間隔と非線形光学結晶の結晶長とのバランス
が重要なわけであるが、色消し集光レンズの空気間隔
は、上記式（５）よりわかるように、色消し集光レンズ
の合成焦点距離も変える。
【００９８】そこで〔表７〕の数値計算結果に基づい
て、焦点距離と像面位置の色消し条件を同時に満足する
焦点距離（Ｆ）と結晶長（２ｔ）の関係式を与えること
にする。すなわち、 Ｆ／２ｔ＝１８３．１３６／１６＝１１．４５ である。これより、たとえば結晶長が２ｔ＝６（ｍｍ）
のときは、本発明の色消し集光レンズの焦点距離を６９
ｍｍ付近に選べばよいことになる。
て、焦点距離と像面位置の色消し条件を同時に満足する
焦点距離（Ｆ）と結晶長（２ｔ）の関係式を与えること
にする。すなわち、 Ｆ／２ｔ＝１８３．１３６／１６＝１１．４５ である。これより、たとえば結晶長が２ｔ＝６（ｍｍ）
のときは、本発明の色消し集光レンズの焦点距離を６９
ｍｍ付近に選べばよいことになる。
【００９９】また上記の系全体を相似拡大あるいは縮小
した系を考えると、レンズの合成焦点距離も結晶長も比
例して変化するが、色収差はいずれの系でも良好に補正
されていると考えられる。
した系を考えると、レンズの合成焦点距離も結晶長も比
例して変化するが、色収差はいずれの系でも良好に補正
されていると考えられる。
【０１００】さらに、図１０よりわかるように、２６６
ｎｍにおける主光線の色収差値ΔＺ（１°）の絶対値を
０．０００５以内にするには、 １０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４ にすればよい。逆に、焦点距離が６０ｍｍのとき、結晶
長は２ｔ＝４．３ｍｍから５．７ｍｍが適していること
になる。
ｎｍにおける主光線の色収差値ΔＺ（１°）の絶対値を
０．０００５以内にするには、 １０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４ にすればよい。逆に、焦点距離が６０ｍｍのとき、結晶
長は２ｔ＝４．３ｍｍから５．７ｍｍが適していること
になる。
【０１０１】〔表７〕で、２ｔ＝１６（ｍｍ）の系につ
き、全体を７０／１８３．１６＝０．７６７倍して焦点
距推を７０ｍｍとしたレンズを〔表９〕に与える。この
レンズの配置図を図１１に示した。
き、全体を７０／１８３．１６＝０．７６７倍して焦点
距推を７０ｍｍとしたレンズを〔表９〕に与える。この
レンズの配置図を図１１に示した。
【０１０２】
【表９】
【０１０３】このレンズは、ｆ＃／２３で軸上波面収差
が０．００３ＲＭＳλ、軸外波面収差が０．００９ＲＭ
Ｓλで、十分回折限界であり、実用に足るものである。
有効径は１０ｍｍである。その色収差図を、図１２に示
す。（図１２において、（ａ）は子午像面の軸外入射
（１°）についての色収差を示し、（ｂ）は球欠像面の
軸外入射（１°）についての色収差を示し、（ｃ）は子
午像面の軸上射（０°）についての色収差を示し、
（ｄ）は球欠像面の軸上入射（０°）についての色収差
を示している。） なお、本発明に係る集光レンズは、上述した各実施例に
のみ限定されるものではなく、例えば、図１の紫外光発
生装置において、同じ結晶長のベータ・バリウム・ボレ
イトを用いた第２の非線形光学過程における１０６４ｎ
ｍと５３２ｎｍの集光にも使えることは、図１２に示す
色収差図からも明らかである。
が０．００３ＲＭＳλ、軸外波面収差が０．００９ＲＭ
Ｓλで、十分回折限界であり、実用に足るものである。
有効径は１０ｍｍである。その色収差図を、図１２に示
す。（図１２において、（ａ）は子午像面の軸外入射
（１°）についての色収差を示し、（ｂ）は球欠像面の
軸外入射（１°）についての色収差を示し、（ｃ）は子
午像面の軸上射（０°）についての色収差を示し、
（ｄ）は球欠像面の軸上入射（０°）についての色収差
を示している。） なお、本発明に係る集光レンズは、上述した各実施例に
のみ限定されるものではなく、例えば、図１の紫外光発
生装置において、同じ結晶長のベータ・バリウム・ボレ
イトを用いた第２の非線形光学過程における１０６４ｎ
ｍと５３２ｎｍの集光にも使えることは、図１２に示す
色収差図からも明らかである。
【０１０４】また、上述の実施例では対称形フッ化マグ
ネシウムの両凸レンズを用いる例についてのみ記載した
が、本発明に係る集光レンズにおいては、色収差の補正
の目的からすれば、焦点距離が同じ非対称形の両凸レン
ズでも、同等の効果が期待でき、このような種々の変形
が考えられる。
ネシウムの両凸レンズを用いる例についてのみ記載した
が、本発明に係る集光レンズにおいては、色収差の補正
の目的からすれば、焦点距離が同じ非対称形の両凸レン
ズでも、同等の効果が期待でき、このような種々の変形
が考えられる。
【０１０５】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る集光レンズ
は、フッ化マグネシウムからなる両凸の正レンズと合成
石英からなる両凹の負レンズとから構成され、固体レー
ザの基本波とその第４高調波とを該非線形光学結晶中で
同一の焦点面に結像させるので、非線形光学過程を用い
た遠紫外光発生装置を構成することができる。
は、フッ化マグネシウムからなる両凸の正レンズと合成
石英からなる両凹の負レンズとから構成され、固体レー
ザの基本波とその第４高調波とを該非線形光学結晶中で
同一の焦点面に結像させるので、非線形光学過程を用い
た遠紫外光発生装置を構成することができる。
【０１０６】また、上記集光レンズにおいては、上記非
線形光学結晶としては、ベータ・バリウム・ボレイトを
用いることができる。
線形光学結晶としては、ベータ・バリウム・ボレイトを
用いることができる。
【０１０７】さらに、上記集光レンズにおいては、上記
非線形光学結晶の結晶長に応じて、上記正レンズと上記
負レンズとの間隔を調整することにより、該非線形光学
結晶の屈折率の波長分散に起因して発生する２波長での
軸上色収差を補正することができる。
非線形光学結晶の結晶長に応じて、上記正レンズと上記
負レンズとの間隔を調整することにより、該非線形光学
結晶の屈折率の波長分散に起因して発生する２波長での
軸上色収差を補正することができる。
【０１０８】そして、上記集光レンズにおいて、焦点距
離をＦ、上記非線形光学結晶の結晶長を２ｔとしたと
き、１０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４が満足されていることと
すると、軸上色収差及び軸外色収差を補正することがで
きる。
離をＦ、上記非線形光学結晶の結晶長を２ｔとしたと
き、１０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４が満足されていることと
すると、軸上色収差及び軸外色収差を補正することがで
きる。
【０１０９】したがって、本発明に係る集光レンズを用
いて遠紫外光発生装置を構成すれば、ネオジウム・ヤグ
（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎｍ（ナノ
メートル））とその第４高調波（２６６ｎｍ）を非線形
光学結晶中の同一焦点面に集光することができるので、
簡素で小型な装置を用いて、高効率で第５高調波（２１
３ｎｍ）を発生させることができる。
いて遠紫外光発生装置を構成すれば、ネオジウム・ヤグ
（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの基本波（１０６４ｎｍ（ナノ
メートル））とその第４高調波（２６６ｎｍ）を非線形
光学結晶中の同一焦点面に集光することができるので、
簡素で小型な装置を用いて、高効率で第５高調波（２１
３ｎｍ）を発生させることができる。
【０１１０】すなわち、本発明によれば、従来、フッ化
マグネシウムや合成石英を用いて単レンズで集光すると
きと比べて、近赤外である１０６４ｎｍと遠紫外光であ
る２６６ｎｍにおいて色収差が非線形光学結晶長に対し
て殆ど無視できるほど小さく集光することができる。
マグネシウムや合成石英を用いて単レンズで集光すると
きと比べて、近赤外である１０６４ｎｍと遠紫外光であ
る２６６ｎｍにおいて色収差が非線形光学結晶長に対し
て殆ど無視できるほど小さく集光することができる。
【０１１１】したがって、本発明に係る集光レンズを用
いると、２波長を分離して、焦点位置を合わせ込み、合
波する必要がないから、装置構成を小型化することがで
きる。また、部品点数を削減できるので、損失を低減す
ることができる。
いると、２波長を分離して、焦点位置を合わせ込み、合
波する必要がないから、装置構成を小型化することがで
きる。また、部品点数を削減できるので、損失を低減す
ることができる。
【０１１２】また、本発明に係る集光レンズにおいて
は、上記２波長の光束の重なりを理想的に実現でき、飛
躍的に効率的な紫外光発生装置を作ることができる。
は、上記２波長の光束の重なりを理想的に実現でき、飛
躍的に効率的な紫外光発生装置を作ることができる。
【０１１３】さらに、本発明に係る集光レンズは、フッ
化マグネシウムと合成石英の組み合わせ以外の紫外光学
材料の組み合わせを用いた色消し集光レンズに比べて、
正レンズと負レンズ・エレメントのパワーを小さくする
ことができるので、相対的に各エレメントにおける収差
補正の負担を少なくでき、例えば、正レンズの両面の曲
率半径を等しくして生産性をあげるなど、設計の自由度
を増加させることができる。
化マグネシウムと合成石英の組み合わせ以外の紫外光学
材料の組み合わせを用いた色消し集光レンズに比べて、
正レンズと負レンズ・エレメントのパワーを小さくする
ことができるので、相対的に各エレメントにおける収差
補正の負担を少なくでき、例えば、正レンズの両面の曲
率半径を等しくして生産性をあげるなど、設計の自由度
を増加させることができる。
【図１】本発明に係る集光レンズの一実施例である色消
し集光レンズと非線形光学結晶を用いた紫外光発生装置
の構成を示すブロック図である。
し集光レンズと非線形光学結晶を用いた紫外光発生装置
の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る集光レンズの一実施例である表１
の構成による色消し集光レンズと非線形光学結晶の配置
を示す側面図である。
の構成による色消し集光レンズと非線形光学結晶の配置
を示す側面図である。
【図３】各種紫外光学材料の屈折率の波長分散を示すグ
ラフであって、ｎeは異常光線に対応する偏波における
屈折率を、ｎoは常光線に対応する偏波における屈折率
をそれぞれ示し、ＭｇＦ2はフッ化マグネシウム、Ｃａ
Ｆ2はフッ化カルシウム、Silicaは合成石英、ＢＢＯは
ベータ・バリウム・ボレイトをそれぞれ示している。
ラフであって、ｎeは異常光線に対応する偏波における
屈折率を、ｎoは常光線に対応する偏波における屈折率
をそれぞれ示し、ＭｇＦ2はフッ化マグネシウム、Ｃａ
Ｆ2はフッ化カルシウム、Silicaは合成石英、ＢＢＯは
ベータ・バリウム・ボレイトをそれぞれ示している。
【図４】本発明に係る集光レンズの一実施例である表１
の構成による色消し集光レンズと非線形光学結晶の焦点
距誰の波長差ΔＦ、後側主平面位置の波長差ΔＨ′、像
面の浮き上がり量の波長差ΔＺを波長２６６ｎｍを基準
に示したグラフである。
の構成による色消し集光レンズと非線形光学結晶の焦点
距誰の波長差ΔＦ、後側主平面位置の波長差ΔＨ′、像
面の浮き上がり量の波長差ΔＺを波長２６６ｎｍを基準
に示したグラフである。
【図５】本発明に係る集光レンズの一実施例である色消
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．２ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを６ｍｍとし
たときに発生する色収差を示すグラフである。
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．２ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを６ｍｍとし
たときに発生する色収差を示すグラフである。
【図６】本発明に係る集光レンズの一実施例である色消
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．２７ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを１０ｍｍ
としたときに発生する色収差を示すグラフである。
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．２７ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを１０ｍｍ
としたときに発生する色収差を示すグラフである。
【図７】本発明に係る集光レンズの一実施例である色消
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．３７５ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを１６ｍ
ｍとしたときに発生する色収差を示すグラフである。
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．３７５ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを１６ｍ
ｍとしたときに発生する色収差を示すグラフである。
【図８】本発明に係る集光レンズの一実施例である色消
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．４４４ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを２０ｍ
ｍとしたときに発生する色収差を示すグラフである。
し集光レンズで、両凸レンズと両凹レンズの間隔ｄを
０．４４４ｍｍ、非線形光学結晶の結晶長２ｔを２０ｍ
ｍとしたときに発生する色収差を示すグラフである。
【図９】本発明に係る集光レンズの一実施例である表６
に示す集光レンズにより結晶長２ｔ＝６ｍｍの非線形光
学結晶ベータ・バリウム・ボレイトに集光する場合につ
き、後側主平面位置の波長差−ΔＨ′と像面の浮き上が
り量ΔＺの間の関係を示す側面図である。
に示す集光レンズにより結晶長２ｔ＝６ｍｍの非線形光
学結晶ベータ・バリウム・ボレイトに集光する場合につ
き、後側主平面位置の波長差−ΔＨ′と像面の浮き上が
り量ΔＺの間の関係を示す側面図である。
【図１０】本発明に係る集光レンズの一実施例である色
消し集光レンズで、結晶長２ｔで焦点距離Ｆを除したＦ
／２ｔに対して画角１°における軸外色収差をプロット
したグラフである。
消し集光レンズで、結晶長２ｔで焦点距離Ｆを除したＦ
／２ｔに対して画角１°における軸外色収差をプロット
したグラフである。
【図１１】本発明に係る集光レンズの一実施例である表
７の構成による結晶長２ｔ＝６ｍｍの非線形光学結晶ベ
ータ・バリウム・ボレイトに集光するのに適した焦点距
離Ｆ＝７０ｍｍのレンズと該非線形光学結晶の配置を示
す側面図である。
７の構成による結晶長２ｔ＝６ｍｍの非線形光学結晶ベ
ータ・バリウム・ボレイトに集光するのに適した焦点距
離Ｆ＝７０ｍｍのレンズと該非線形光学結晶の配置を示
す側面図である。
【図１２】本発明に係る集光レンズの一実施例である表
７の構成によるによる色消し集光レンズで、結晶長２ｔ
＝６ｍｍの非線形光学結晶ベータ・バリウム・ボレイト
に集光するのに適した焦点距離Ｆ＝７０ｍｍのレンズの
色収差を示すグラフである。
７の構成によるによる色消し集光レンズで、結晶長２ｔ
＝６ｍｍの非線形光学結晶ベータ・バリウム・ボレイト
に集光するのに適した焦点距離Ｆ＝７０ｍｍのレンズの
色収差を示すグラフである。
１０，１２，１４ 集光レンズ １１，１３，１５，２２ 非線形光学結晶 ２０ 正レンズ ２１ 負レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 固体レーザの基本波とその第４高調波と
を非線形光学結晶中に集光させるための集光レンズであ
って、 フッ化マグネシウムからなる両凸の正レンズと、合成石
英からなる両凹の負レンズとから構成され、 上記基本波と上記第４高調波とを上記非線形光学結晶中
で同一の焦点面に結像させることとなされた集光レン
ズ。 - 【請求項２】 上記非線形光学結晶がベータ・バリウム
・ボレイトであることとなされた請求項１記載の集光レ
ンズ。 - 【請求項３】 非線形光学結晶の結晶長に応じて、正レ
ンズと負レンズとの間隔を調整し、該非線形光学結晶の
屈折率の波長分散に起因して発生する２波長での軸上色
収差を補正した請求項１記載の集光レンズ。 - 【請求項４】 焦点距離をＦ、非線形光学結晶の結晶長
を２ｔとしたとき、 １０．５＜Ｆ／２ｔ＜１４ が満足されていることとし、軸上色収差及び軸外色収差
を補正した請求項１記載の集光レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7148593A JPH095805A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 集光レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7148593A JPH095805A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 集光レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH095805A true JPH095805A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15456230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7148593A Withdrawn JPH095805A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 集光レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH095805A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012103351A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | National Institute Of Information & Communication Technology | レーザ光結像用の色消しレンズ |
| CN111413786A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-07-14 | 苏州东方克洛托光电技术有限公司 | 一种短波红外/可见光双光成像镜头 |
| CN118143425A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-06-07 | 深圳希禾增材技术有限公司 | 一种激光光路系统和具有其的3d打印设备 |
-
1995
- 1995-06-15 JP JP7148593A patent/JPH095805A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012103351A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | National Institute Of Information & Communication Technology | レーザ光結像用の色消しレンズ |
| CN111413786A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-07-14 | 苏州东方克洛托光电技术有限公司 | 一种短波红外/可见光双光成像镜头 |
| CN118143425A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-06-07 | 深圳希禾增材技术有限公司 | 一种激光光路系统和具有其的3d打印设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020903 |