JPH10221596A - 浮動追従型光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の光学系の相対的な変位に起因する光軸相
互の機械的なずれが生じた場合でも、少なくとも光軸相
互の平行移動成分及び傾き成分のいずれか一方を光学的
に補正することによって、光軸相互のずれを許容範囲内
に抑制し且つ色収差の発生を抑えることが可能な簡単な
構成の浮動追従型光学系を提供する。 【構成】浮動系に属する第１のアフォーカル光学系ＡＦ
Ｃ₁ と、固定系に属する第２のアフォーカル光学系ＡＦ
Ｃ₂ とから構成されている。第１のアフォーカル光学系
ＡＦＣ₁ は、第１及び第２の薄肉レンズＬ₁ ，Ｌ₂によ
って構成されており、また、第２のアフォーカル光学系
ＡＦＣ₂ は、第３及び第４の薄肉レンズＬ₃ ，Ｌ₄ によ
って構成されている。第１及び第２のアフォーカル光学
系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ は、傾き追従条件を満足するよう
に設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置全般に適
用可能であって、特に複数の光学系の相対的な変位に起
因する光軸相互の機械的なずれを自動的に解消して射出
光を所定方向に導光させる浮動追従型光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の浮動追従型光学系に類す
るものとしては、下記の従来技術に応用されている。

【０００３】例えば、特開昭５０−８０８４６号公報及
び特開昭５０−８１１６１号公報並びに特開昭５０−８
１１６２号公報に開示された発明は、夫々、カメラ等の
光学系が回転揺動した場合でも、常にフィルム上の所定
位置に光学像を結像させることを目的として構成されて
いる。このような構成によれば、カメラ等の光学系が回
転揺動した場合、この光学系に設けられた平凹レンズ及
び平凸レンズから成るプリズムを相対的に変位させるこ
とによって、光軸の角度補正即ち光軸の傾き成分の補正
が行われる。この結果、上記光学系が回転揺動する以前
と同位置に光学像を結像させることができるため、結像
位置の安定化が図られる（以下、従来技術１と称す
る）。

【０００４】また、例えば、特開昭５１−４０９４２号
公報に開示された発明は、カメラ等の光学系が回転揺動
した場合でも、常にフィルム上の所定位置に光学像を結
像させることを目的として構成されている。このような
構成によれば、カメラ等の光学系が回転揺動した場合、
この光学系の傾きに対応して一対の特殊透明素子を相互
にずらすことによって、光軸の角度補正が行われる。こ
の結果、上記光学系が回転揺動する以前と同位置に光学
像を結像させることができるため、結像位置の安定化が
図られる（以下、従来技術２と称する）。

【０００５】また、例えば、特開平１−１４２７０４号
公報に開示された発明は、照明光源装置が露光装置とは
別に設置されている場合でも、照明光源装置から露光装
置に入射する照明光の光軸のずれを補正することによ
り、ＸＹＺθテーブル上に載置されたウェハに対する照
明斑や照明光の無駄を無くすることを目的として構成さ
れている。このような構成によれば、露光装置に配置さ
れたＸＹＺθテーブルの動作に伴って、露光装置が前後
左右に揺れた場合、その揺れ角に基づいて、光軸調整装
置に設けられた第１及び第２のミラーを所定の制御系を
介して所定量だけ移動及び回動させることによって、露
光装置に入射する照明光の光軸ずれを補正することがで
きる。この結果、ウェハに対する照明斑や照明光の無駄
を無くすることが可能となる（以下、従来技術３と称す
る）。

【０００６】また、例えば、特開平３−１８９７１０号
公報に開示された発明は、空気ばね式除振台に誘発され
た振動を瞬時に制振することを目的として構成されてい
る。このような構成によれば、半導体製造に用いられる
縦型Ｘ線露光ステージ用の空気ばね式除振台に低周波振
動が誘発された場合、所定の制御系によって、その振動
が瞬時に制振させることができる。この結果、迅速な露
光処理及び高精度なマスクパターンの確保を図ることが
可能となる（以下、従来技術４と称する）。

【０００７】また、例えば、実開昭５８−４０７０６号
公報に開示された考案は、光線を任意の角度に反射させ
ることを目的として構成されている。このような構成に
よれば、例えばＡ光軸とＢ光軸との成す角が変化した場
合に、反射体の向きを調節することによって、Ａ光軸方
向に入射した光線を常にＢ光軸方向に射出させることが
できる（以下、従来技術５と称する）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１には、下記の問題点が存在する。

【０００９】第１に、光軸ずれの平行移動成分を補正す
ることができない点である。

【００１０】通常のカメラにおいては、角度補正だけで
結像位置の安定化を十分に達成させることができる。し
かし、相対的に変位する光学系の変位成分には、傾き成
分と平行移動成分とが包含されているため、平行移動成
分の補正が行われない場合には、有効光束の減少いわゆ
る瞳ズレや瞳ケラレ等の現象をもたらすという問題が生
じる。即ち、相対的に変位する光学系においては、角度
補正即ち光軸の傾き成分の補正だけでなく、光軸の平行
移動成分の補正が必要となる。

【００１１】第２に、変位する側の系の変位上の自由度
が１つしかない点である。

【００１２】即ち、相対的に変位をする光学系の変位成
分は、傾き成分と平行移動成分を有するものであるか
ら、例えば任意の点を回転中心として任意方向に平行移
動できるように構成することが構造上有利であることは
言うまでもない。

【００１３】第３に、色収差が生じる点である。

【００１４】本従来技術によれば、結像位置の安定化を
図るために、平凹レンズと平凸レンズから成るプリズム
を用いているが、かかるプリズムを用いた場合には、必
然的に分散即ち色収差の発生が少なからず伴うことにな
る。

【００１５】第４に、使用可能な波長域が限定される点
である。

【００１６】本従来技術は、プリズムの屈折作用によっ
て角度補正が成されるため、光学材料を透過できるよう
な波長域しか使用することができない。

【００１７】また、従来技術２には、一対の特殊透明素
子から成るプリズムを介して角度補正が行われる点で、
従来技術１の第１、第３及び第４の問題点と同様の問題
点が存在する。更に、本従来技術には、第５の問題点と
して、一対の特殊透明素子を駆動させる制御系を別途必
要とするため、光学系が一定の制約を受けてしまうとい
った問題もある。即ち、傾き補正時の角度制御分解能、
同角度制御時間応答性、同角度制御時間ドリフト等が、
上記制御系で決定されてしまう。更にまた、本従来技術
に適用された一対の特殊透明素子は、その形状が平面で
も球面でもない特殊形状を有しているため、一般的なレ
ンズやプリズムの製作方法を適用することができない。
従って、このような素子の製作には、特殊な数値制御の
研磨盤を必要とするため、その製造コストが極めて高く
なってしまうという問題もある。また、従来技術３，４
には、いずれも制御系を必要とする関係上、上記第５の
問題点と同様の問題が存在する。そして、従来技術５に
は、上記第１の問題点と同様の問題が存在する。

【００１８】本発明は、このような問題点を解決するた
めに成されており、その目的は、複数の光学系の相対的
な変位に起因する光軸相互の機械的なずれが生じた場合
でも、少なくとも光軸相互の平行移動成分及び傾き成分
のいずれか一方を光学的に補正することによって、光軸
相互のずれを許容範囲内に抑制し且つ色収差の発生を抑
えることが可能な簡単な構成の浮動追従型光学系を提供
することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の浮動追従型光学系は、機械的に固定
された固定光軸を有する固定系と，この固定系に属する
少なくとも１個以上の光学素子と、前記固定系に対する
機械的な動きについて，少なくとも１以上の自由度を有
する浮動光軸を有する浮動系と，この浮動系に属する少
なくとも１個以上の光学素子とを備えた光学系であっ
て、前記固定系からの光線が最初に入射する第１光学素
子が前記浮動系に属し、且つ、最後に入射する最終光学
素子が前記固定系に属すると共に、前記第１光学素子か
ら数えてＮ番目の第Ｎ光学素子が、Ｎが偶数のときは前
記固定系に属し、Ｎが奇数のときは前記浮動系に属する
関係を満足する状態において、前記浮動系が前記固定系
に対して変位することにより前記浮動光軸が前記固定光
軸に対して任意に変動した場合でも、前記固定系に属す
る固定光軸に沿って前記第１光学素子へ入射した光線
は、常に、前記最終光学素子から前記浮動光軸に沿って
射出される。

【００２０】また、本発明の浮動追従型光学系におい
て、前記光学素子として、少なくとも１個以上のアフォ
ーカル光学系を用いたことを特徴とする。

【００２１】また、本発明の浮動追従型光学系におい
て、前記光学素子として、少なくとも２個以上で且つ偶
数個の合計ｋ個のアフォーカル光学系を用いた場合にお
いて、前記第１光学素子に該当する１番目のアフォーカ
ル光学系の角倍率をγ１、前記第Ｎ光学素子に該当する
Ｎ番目のアフォーカル光学系の角倍率をγＮ、前記最終
光学素子に該当するｋ番目のアフォーカル光学系の角倍
率をγｋとすると、

【数２】

【００２２】なる関係を有する前記式（Ｉ−１）及び
（Ｉ−２）のうち、少なくとも一方の関係を満足するこ
とを特徴とする。

【００２３】更に、本発明の浮動追従型光学系におい
て、前記光学系は、少なくとも４個以上の光学素子から
構成されており、前記第Ｎ光学素子のパワーをφ_N 、前
記第Ｎ光学素子の後側主点から第Ｎ＋１光学素子の前側
主点までの距離をｅ_N ′とすると、 （ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₂ ）−φ₁ ＋（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）φ₁ ・φ₃ −（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ）−φ₃ ＋φ₄ ＝０ …（Ｉ−３） φ₃ ＝（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−４） φ₄ ＝−（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′＋ｅ₃ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−５） なる関係を有する前記式（Ｉ−３）ないし（Ｉ−５）の
うち、少なくとも前記式（Ｉ−３）又は前記式（Ｉ−
４）及び（Ｉ−５）のいずれか一方を満足することを特
徴とする。

【００２４】このように、本発明の浮動追従型光学系に
おいて、浮動系が固定系に対して変位することにより浮
動光軸が固定光軸に対して任意に変動した場合でも、固
定系に属する固定光軸に沿って第１光学素子へ入射した
光線は、常に、最終光学素子から浮動光軸に沿って射出
される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の原理について説明
した後、この原理に基づいて構成された本発明の実施の
形態に係る浮動追従型光学系について添付図面を参照し
て説明する。なお、本発明において、固定系とは、必ず
しも大地等に固定された光学系に限定されるものではな
い。例えば相対的に変位する２つの光学系のうち、一方
の光学系を便宜的に固定系と定め、他方の光学系を便宜
的に浮動系と定めることができる。

【００２６】また、本発明の浮動追従型光学系に入射さ
せる入射光線は、固定系の光軸（以下、固定光軸と称す
る）に一致させる必要はない。例えば、浮動系の光軸
（以下、浮動光軸と称する）が固定光軸に対して相対的
にずれた場合において、入射光線が固定光軸に一致して
いなくても、浮動系の変位成分のうち、少なくとも平行
移動成分及び傾き成分のいずれかを近軸領域内において
光学的に補正することによって、固定光軸と浮動光軸と
の間の光軸相互のずれを許容範囲内に光学的に抑制させ
ることが可能となる。更に、固定光軸及び浮動光軸の外
周辺の光（以下、軸外光と称する）に対する諸収差の補
正が充分に成されることによって、諸収差が許容範囲内
に抑制されていれば、上記同様に、固定光軸と浮動光軸
との間の光軸相互のずれを許容範囲内に光学的に抑制さ
せ且つ軸外光を良好に結像させることが可能となる。

【００２７】即ち、本発明の浮動追従型光学系におい
て、複数の光学系を構成する各光学素子（群）のパワー
や角倍率及び配置を適切に決めることによって、固定系
から発した光線は、各光学素子（群）によって、順次、
屈折又は反射又は回折されることになる。この結果、固
定系と浮動系の光軸相互の機械的なずれが生じた場合で
も、少なくとも平行移動成分及び傾き成分のいずれか一
方を光学的に補正することによって、光軸相互のずれを
許容範囲内に抑制させることができる。

【００２８】以下、本明細書中に適用されている光学系
モデル、記号、座標系及び用語について説明する。

【００２９】まず、光学系モデルについて、図１に示さ
れた薄肉レンズモデルを参照して説明する。なお、この
薄肉レンズモデルにおいて、固定系（図示しない）は、
機械的に固定された光学系であり、浮動系（図示しな
い）は、固定系に対する機械的移動に関して少なくとも
１以上の自由度を有する光学系であると仮定する。そし
て、この薄肉レンズモデルは、固定系と浮動系とを光学
的に接続させるように構成されている。

【００３０】図１には、固定系の固定光軸と浮動系の浮
動光軸が重なった状態が示されており、図中一点鎖線
は、固定光軸及び浮動光軸が重なったことにより形成さ
れた共通の光軸Ａを示している。

【００３１】図１に示すように、薄肉レンズモデルは、
光軸Ａに沿って配列されたｊ枚の薄肉レンズ（ｊ；自然
数）から構成されており、これら薄肉レンズによって浮
動系及び固定系が形成されている。

【００３２】Ｌ₁ は、浮動系に属する複数の薄肉レンズ
のうち、光線が最初に入射する薄肉レンズ（以下、第１
レンズと称する）を示し、且つ、Ｌ_n は、第１レンズか
ら数えてｎ番目（ｎ；自然数）の薄肉レンズ（以下、第
ｎレンズと称する）を示す。Ｌ_j は、固定系に属する複
数の薄肉レンズのうち、光線が最後に入射する薄肉レン
ズ（以下、最終レンズと称する）を示す。

【００３３】Ｌ_n （２≦ｎ≦ｊ−１）の関係を満足する
複数の薄肉レンズについては、これらレンズが属する光
学系として浮動系又は固定系のいずれかを任意に選択す
ることが可能である。

【００３４】なお、ｅ_n ′（ｎ；自然数）は、第ｎレン
ズＬ_n と第ｎ＋１レンズＬ_n+1 との間の距離（間隔）を
示す。

【００３５】また、図１に示された座標系は、固定系に
属する座標系であって、ｘ軸及びｙ軸から成る２次元直
交座標に角度θを加えて規定されている。

【００３６】この座標系において、ｘ軸は、固定光軸と
平行に延出しており、図中向って右方向を正とし、且
つ、ｙ軸は、固定光軸に直交して延出しており、図中向
って上方向を正とすると共に、角度θは、時計回り方向
を正とする。

【００３７】従って、上記間隔ｅ_n ′は、夫々、その矢
印方向に沿った正の値をとる。

【００３８】このような構成において、ｘ軸の正方向に
沿って第１レンズＬ₁ に入射した光線は、ｊ枚の薄肉レ
ンズを順次正方向に透過した後、最終レンズＬ_j からｘ
軸の正方向に沿って射出する。

【００３９】なお、この薄肉レンズモデルは、後述する
近軸追跡公式に対応させた一般的な例であって、固定系
及び浮動系の定義も便宜的なものである。このため、例
えば相対的に変位する２つの光学系に、上記の薄肉レン
ズモデルを適用することも可能である。

【００４０】また、上記の薄肉レンズモデルにおいて、
光線の入射方向の定義は便宜的なものである。このた
め、例えば固定系に属する最終レンズＬ_j に対してｘ軸
の負方向から光線が入射する場合でも、上記の薄肉レン
ズモデルを適用することが可能となる。

【００４１】次に、光学系モデルについて、図２に示さ
れたアフォーカル光学系モデル（即ち、無限の焦点距離
を有する光学系モデル）を参照して説明する。なお、こ
のアフォーカル光学系モデルは、上述した薄肉レンズモ
デルの下位概念として位置付けられる。

【００４２】図２に示すように、アフォーカル光学系モ
デルは、上記の薄肉レンズモデルと同様に、光軸Ａに沿
って配列されたｋ個のアフォーカル光学系（ｋ；自然
数）から構成されており、これらアフォーカル光学系に
よって浮動系及び固定系が形成されている。なお、この
ようなアフォーカル光学系モデルに適用された光軸Ａ
は、上記の薄肉レンズモデルと同様に、固定光軸及び浮
動光軸を重ねて形成されたものである。

【００４３】ＡＦＣ₁ は、浮動系に属する複数のアフォ
ーカル光学系のうち、光線が最初に入射するアフォーカ
ル光学系（以下、第１アフォーカル光学系と称する）を
示し、且つ、ＡＦＣ_N は、第１アフォーカル光学系から
数えてＮ番目（Ｎ；自然数）のアフォーカル光学系を示
す。

【００４４】この場合、Ｎが偶数の場合は固定系に属す
るアフォーカル光学系を意味し、Ｎが奇数の場合は浮動
系に属するアフォーカル光学系を意味する。

【００４５】また、ＡＦＣ_K は、固定系に属する複数の
アフォーカル光学系のうち、光線が最後に入射するアフ
ォーカル光学系（以下、最終アフォーカル光学系と称す
る）を示す。

【００４６】図２に示された座標系は、固定系に属する
座標系であって、Ｘ軸及びＹ軸から成る２次元直交座標
に角度Θを加えて規定されている。

【００４７】この座標系において、Ｘ軸は、固定光軸と
平行に延出しており、図中向って右方向を正とし、且
つ、Ｙ軸は、固定光軸に直交して延出しており、図中向
って上方向を正とすると共に、角度Θは、時計回り方向
を正とする。

【００４８】このような構成において、Ｘ軸の正方向に
沿って第１アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ に入射した光線
は、ｋ個のアフォーカル系を順次透過した後、最終アフ
ォーカル光学系ＡＦＣ_K からＸ軸の正方向に沿って射出
する。

【００４９】なお、このアフォーカル光学系モデルは、
上記の薄肉レンズモデルと同様に、後述する近軸追跡公
式に対応させた一般的な例であって、固定系及び浮動系
の定義も便宜的なものである。このため、例えば相対的
に変位する２つの光学系に、上記のアフォーカル光学系
モデルを適用することも可能である。

【００５０】また、上記の薄肉レンズモデルと同様に、
このアフォーカル光学系モデルにおいて、光線の入射方
向の定義は便宜的なものである。このため、例えば固定
系に属する最終アフォーカル光学系ＡＦＣ_K に対してＸ
軸の負方向から光線が入射する場合でも、上記のアフォ
ーカル光学系モデルを適用することが可能となる。

【００５１】次に、光学系モデルについて、図３及び図
４に示された薄肉レンズ近軸追跡モデルを参照して説明
する。

【００５２】図３及び図４に示すように、この薄肉近軸
追跡モデルは、上記薄肉レンズモデル（図１参照）の薄
肉レンズＬ₁ 〜Ｌ_j から構成されており、図３及び図４
には、夫々近軸追跡の状態が示されている。なお、図３
には、薄肉レンズＬ_n が浮動系に属する場合の構成が示
されており、また、図４には、薄肉レンズＬ_n が固定系
に属する場合の構成が示されている。

【００５３】図３及び図４に夫々示された薄肉近軸追跡
モデルにおいては、第１レンズＬ₁に所定の入射角α₁
で入射した光線２は、第１レンズＬ₁ から薄肉レンズＬ
₂ 〜Ｌ_n-1 （図１参照）を順次透過した後、光線４とな
ってｎ番目の薄肉レンズＬ_nに入射する。

【００５４】ｎ番目の薄肉レンズＬ_n に入射した光線４
は、この薄肉レンズＬ_n から屈折光線６となって射出し
た後、ｎ＋１番目の薄肉レンズＬ_n+1 に入射する。な
お、このｎ＋１番目の薄肉レンズＬ_n+1 の属する光学系
は、浮動系又は固定系のいずれかを任意に選択すること
が可能であるが、このような選択によって後述する式
（Ｅ−１）〜（Ｅ−５）に影響を与えることはない。

【００５５】また、図３及び図４において、符号ＦＩＸ
は固定光軸を示し、符号ＦＬは浮動光軸を示す。また、
近軸追跡の対象となる光線、浮動光軸ＦＬの位置及び傾
き、ｎ番目の薄肉レンズＬ_n の位置は、夫々、固定光軸
ＦＩＸを基準に測定する。

【００５６】ここで、近軸追跡公式を構成するための条
件を下記のように規定する。

【００５７】薄肉レンズＬ_n へ入射する光線４（図３及
び図４参照）と固定光軸ＦＩＸとの成す角をα_n と規定
する。

【００５８】薄肉レンズＬ_n から射出した屈折光線６
（図３及び図４参照）と固定光軸ＦＩＸとの成す角をα
_n ′と規定する。

【００５９】光線４が薄肉レンズＬ_n を交叉する交点と
固定光軸ＦＩＸとの間の高さをｈ_nと規定する。

【００６０】浮動光軸ＦＬが第１レンズＬ₁ を交叉する
交点と固定光軸ＦＩＸとの間の高さをｙ_b と規定すると
共に、このとき浮動光軸ＦＬと固定光軸ＦＩＸとの間の
成す角をθ_b と規定する。

【００６１】薄肉レンズＬ_n が浮動系に属する場合、浮
動光軸ＦＬが薄肉レンズＬ_n を交叉する交点と固定光軸
ＦＩＸとの間の高さをｙ_n と規定する。

【００６２】薄肉レンズＬ_n のパワ―をφ_n と規定す
る。

【００６３】このような条件の下、薄肉レンズ近軸追跡
モデルに適用される近軸追跡公式は、以下のように構成
される。 α_n ′＝α_n ＋ｈ_n φ_n …（Ｅ−１）〔Ｌ_n が固定系に属する場合 〕α_n ′＝α_n ＋（ｈ_n −ｙ_n ）φ_n …（Ｅ−２）〔Ｌ_n が浮動系に属する場合 〕α_n+1 ＝α_n ′ …（Ｅ−３） ｈ_n+1 ＝ｈ_n −ｅ_n ′・α_n ′ …（Ｅ−４） このような近軸追跡公式において、薄肉レンズＬ_n ，Ｌ
_j が固定系に属する場合は、式（Ｅ−１），（Ｅ−３）
及び（Ｅ−４）を用いる。

【００６４】これに対して、薄肉レンズＬ_n ，Ｌ_j が浮
動系に属する場合は、式（Ｅ−２），（Ｅ−３）及び
（Ｅ−４）を用いる。

【００６５】従って、高さｙ_n は、下記の式（Ｅ−５）
のように表される。

【００６６】

【数３】

【００６７】次に、光学系モデルについて、図５及び図
６に示されたアフォーカル光学系傾きモデルを参照して
説明する。

【００６８】図５及び図６に示すように、このアフォー
カル光学系傾きモデルは、上記アフォ―カル光学系モデ
ル（図２参照）のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ
_K から構成されており、浮動系が固定系に対して傾いた
状態を示す。また、図５及び図６には、夫々近軸追跡の
状態が示されている。なお、図５には、アフォーカル光
学系ＡＦＣ_N が浮動系に属する場合の構成が示されてお
り、図６には、アフォーカル光学系ＡＦＣ_N が固定系に
属する場合の構成が示されている。

【００６９】図５及び図６に示されたアフォーカル光学
系傾きモデルにおいて、夫々、第１アフォーカル光学系
ＡＦＣ₁ に所定の入射角Ａ₁ で入射した光線８は、第１
アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ からアフォーカル光学系Ａ
ＦＣ₂ 〜ＡＦＣ_N-1 （図２参照）を透過した後、光線１
０となってＮ番目のアフォーカル光学系ＡＦＣ_N に入射
する。

【００７０】ｎ番目のアフォーカル光学系ＡＦＣ_N に入
射した光線１０は、このアフォーカル光学系ＡＦＣ_N か
ら屈折光線１２となって射出した後、Ｎ＋１番目のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ_N+1 に入射し、同様に屈折光線１
４となって射出することになる。

【００７１】また、図５及び図６において、符号ＦＩＸ
は固定光軸を示し、符号ＦＬは浮動光軸を示す。また、
近軸追跡の対象となる光線、浮動光軸ＦＬの傾きは、夫
々、固定光軸ＦＩＸを基準に測定する。

【００７２】ここで、近軸追跡公式を構成するための条
件を下記のように規定する。

【００７３】アフォーカル光学系ＡＦＣ_N へ入射する光
線１０（図５及び図６参照）と固定光軸ＦＩＸとの成す
角をＡ_N と規定する。

【００７４】アフォーカル光学系ＡＦＣ_N から射出した
屈折光線１２（図５及び図６参照）と固定光軸ＦＩＸと
の成す角をＡ_N ′と規定する。

【００７５】浮動光軸ＦＬと固定光軸ＦＩＸとなす角を
Θ_b と規定し、また、アフォーカル光学系ＡＦＣ_N の角
倍率をγ_N と規定する。

【００７６】このような条件の下、アフォーカル光学系
傾きモデルに適用される近軸追跡公式は、以下のように
構成される。 Ａ_N ′＝γ_N Ａ_N …（Ｅ−６）〔ＡＦＣ_N が固定
系に属する場合〕 Ａ_N ′＝γ_N （Ａ_N −Θ_b ）＋Θ_b …（Ｅ−７）〔ＡＦ
Ｃ_N が浮動系に属する場合〕 Ａ_N+1 ＝Ａ_N ′ …（Ｅ−８） このような近軸追跡公式において、アフォーカル光学系
ＡＦＣ_N ，ＡＦＣ_K が固定系に属する場合は、式（Ｅ−
６）及び（Ｅ−８）を用いる。

【００７７】これに対して、アフォーカル光学系ＡＦＣ
_N ，ＡＦＣ_K が浮動系に属する場合は、式（Ｅ−７）及
び（Ｅ−８）を用いる。

【００７８】次に、光学系モデルについて、図７及び図
８に示されたアフォーカル光学系平行移動モデルを参照
して説明する。

【００７９】図７及び図８に示すように、アフォーカル
光学系平行移動モデルは、上記アフォ―カル光学系モデ
ル（図２参照）のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ
_K から構成されており、浮動系が固定系に対して平行移
動した状態を示す。また、図７及び図８には、夫々近軸
追跡の状態が示されている。なお、図７には、アフォー
カル光学系ＡＦＣ_N が浮動系に属する場合の構成が示さ
れており、図８には、アフォーカル光学系ＡＦＣ_N が固
定系に属する場合の構成が示されている。

【００８０】図７及び図８に示されたアフォーカル光学
系平行移動モデルにおいて、夫々、第１アフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ に対して固定光軸ＦＩＸ及び浮動光軸ＦＬ
と平行に入射した光線１６は、第１アフォーカル光学系
ＡＦＣ₁ からアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ 〜ＡＦＣ_N-1
（図２参照）を透過した後、光線１８となってＮ番目の
アフォーカル光学系ＡＦＣ_N に入射する。

【００８１】ｎ番目のアフォーカル光学系ＡＦＣ_N に入
射した光線１８は、このアフォーカル光学系ＡＦＣ_N か
ら屈折光線２０となって射出した後、Ｎ＋１番目のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ_N+1 に入射し、同様に屈折光線２
２となって射出することになる。

【００８２】また、図７及び図８において、符号ＦＩＸ
は固定光軸を示し、符号ＦＬは固定光軸ＦＩＸと平行に
延出した浮動光軸を示す。また、近軸追跡の対象となる
光線、浮動光軸ＦＬの位置は、夫々、固定光軸ＦＩＸを
基準に測定する。

【００８３】ここで、近軸追跡公式を構成するための条
件を下記のように規定する。

【００８４】アフォーカル光学系ＡＦＣ_N への入射する
光線１８（図７及び図８参照）と固定光軸ＦＩＸとの間
の高さをＨ_N と規定する。

【００８５】アフォーカル光学系ＡＦＣ_N から射出した
屈折光線２０（図７及び図８参照）と固定光軸ＦＩＸと
の間の高さをＨ_N ′と規定する。

【００８６】固定光軸ＦＩＸと浮動光軸ＦＬとの間の高
さをＹ_b と規定し、また、アフォーカル光学系ＡＦＣ_N
の角倍率をγ_N と規定する。

【００８７】このような条件の下、アフォーカル光学系
平行移動モデルに適用される近軸追跡公式は、以下のよ
うに構成される。 Ｈ_N ′＝γ_N ^-1Ｈ_N …（Ｅ−９）〔ＡＦＣ_N が固定
系に属する場合〕 Ｈ_N ′＝γ_N ^-1（Ｈ_N −Ｙ_b ）＋Ｙ_b …（Ｅ−１０）
〔ＡＦＣ_N が浮動系に属する場合〕 Ｈ_N+1 ＝Ｈ_N ′ …（Ｅ−１１） このような近軸追跡公式において、アフォーカル光学系
ＡＦＣ_N ，ＡＦＣ_K が固定系に属する場合は、式（Ｅ−
９）及び（Ｅ−１１）を用いる。

【００８８】これに対して、アフォーカル光学系ＡＦＣ
_N ，ＡＦＣ_K が浮動系に属する場合は、式（Ｅ−１０）
及び（Ｅ−１１）を用いる。

【００８９】ここで、本特許明細書中に適用されている
光学系モデルに関して、「平行移動追従」、「傾き追
従」及び「完全追従」等の用語について、夫々、図９
（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。

【００９０】図９（ａ）には、薄肉レンズモデルにおい
て、浮動系が固定系に対して平行移動することによっ
て、浮動光軸ＦＬが固定光軸ＦＩＸに対して平行移動し
た状態が示されている。

【００９１】同図において、浮動系に属する薄肉レンズ
Ｌ₁ への入射光線２４は、固定光軸ＦＩＸに一致して入
射している。また、固定系に属する薄肉レンズＬ_j から
の射出光線２６は、浮動光軸ＦＬに一致して射出してい
る。なお、このようなモデルにおいて、平行移動の変位
量は、近軸領域内において任意である。

【００９２】この状態を「平行移動追従」と呼び、平行
移動追従を実現するために光学系に求められる条件を
「平行移動追従条件」と呼ぶ。

【００９３】図９（ｂ）には、薄肉レンズモデルにおい
て、浮動系が固定系に対して傾き変位することによっ
て、浮動光軸ＦＬが固定光軸ＦＩＸに対して所定角度だ
け傾斜変位した状態が示されている。

【００９４】同図において、浮動系に属する薄肉レンズ
Ｌ₁ への入射光線２８は、固定光軸ＦＩＸに一致して入
射している。また、固定系に属する薄肉レンズＬ_j から
の射出光線３０は、浮動光軸ＦＬと並行に射出してい
る。なお、このようなモデルにおいて、傾き変位の変位
量及び回転中心は、近軸領域内において任意である。

【００９５】この状態を「傾き追従」と呼び、傾き追従
を実現するために光学系に求められる条件を「傾き追従
条件」と呼ぶ。

【００９６】図９（ｃ）には、薄肉レンズモデルにおい
て、浮動系が固定系に対して傾き変位することによっ
て、浮動光軸ＦＬが固定光軸ＦＩＸに対して所定角度だ
け傾斜変位した状態が示されている。

【００９７】同図において、浮動系に属する薄肉レンズ
Ｌ₁ への入射光線３２は、固定光軸ＦＩＸに一致して入
射している。また、固定系に属する薄肉レンズＬ_j から
の射出光線３４は、浮動光軸ＦＬに一致して射出してい
る。なお、このようなモデルにおいて、傾き変位の変位
量及び回転中心は、近軸領域内において任意である。こ
の状態を「完全追従」と呼び、完全追従を実現するため
に光学系に求められる条件を「完全追従条件」と呼ぶ。

【００９８】このような平行移動追従、傾き追従及び完
全追従等を総称して、「浮動追従」と呼び、浮動追従作
用を有する光学系を「浮動追従型光学系」と呼ぶ。

【００９９】なお、上記図９（ａ），（ｂ），（ｃ）の
光学系モデルは、奇数番目のレンズが浮動系に属し、且
つ、偶数番目のレンズが固定系に属するように構成され
ているが、第２番目のレンズから第ｊ−１番目のレンズ
は、上記のような構成に限定されないことは言うまでも
ない。

【０１００】また、上述した各用語は、薄肉レンズ系を
用いて説明したが、その他の一般的な光学系（例えば、
厚肉レンズ系、反射光学系、回折光学系及びこれらの組
み合わせたアフォーカル光学系等）にも、同一用語を適
用することが可能である。

【０１０１】また、光学系モデルの設計時に、軸外光に
対する収差補正を充分に配慮すれば、上記浮動追従型光
学系に生じる平行移動変位量及び傾き変位量が、近軸領
域内に限定されないことは言うまでもない。

【０１０２】更に、上記説明においては、追従条件とし
て、射出光線と浮動光軸の傾き成分又は平行移動成分と
が一致していることを条件としているが、これら一致の
程度は、実用上充分な精度で略一致すれば足りる。

【０１０３】ここで、図２のアフォーカル光学系モデル
においてｋ＝２とした場合、図５及び図６のアフォーカ
ル光学系傾きモデルにおける光線の挙動を解析する。

【０１０４】アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ₂ に
おける光線の関係は、上述した式（Ｅ−６）〜（Ｅ−
８）に基づいて、以下のように規定される。 Ａ₁ ′＝γ₁ （Ａ₁ −Θ_b ）＋Θ_b …（Ｅ−１２） Ａ₂ ′＝γ₂ ・Ａ₂ …（Ｅ−１３） Ａ₂ ＝Ａ₁ ′ …（Ｅ−１４） これらを解くと、 Ａ₂ ′＝γ₂ ｛γ₁ （Ａ₁ −Θ_b ）＋Θ_b ｝ …（Ｅ−１５） となる。

【０１０５】ここで、傾き追従条件の定義に従って、Ａ
₁ ＝０及びＡ₂ ′＝Θ_b を上式（Ｅ−１５）に代入して
整理すると、 （γ₁ ・γ₂ ）^-1−γ₁ ^-1＋１＝０ …（Ｅ−１６） となる。なお、上式（Ｅ−１６）は、２個のアフォーカ
ル光学系モデルの傾き追従条件式である。

【０１０６】次に、図２のアフォーカル光学系モデルに
おいてｋ＝３とした場合、図６のアフォーカル光学系傾
きモデルにおける光線の挙動を解析する。ただし、ここ
では、図６の構成とは異なり、最終アフォーカル光学系
ＡＦＣ₃ は、浮動系に属する。

【０１０７】この場合、アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜
ＡＦＣ₂ における光線の関係は、上式（Ｅ−１５）と同
一である。

【０１０８】最終アフォーカル光学系ＡＦＣ₃ における
光線の関係は上述した式（Ｅ−７）に基づいて、 Ａ₃ ′＝γ₃ （Ａ₃ −Θ_b ）＋Θ_b …（Ｅ−１７） となる。ここで、上述した式（Ｅ−１５）と式（Ｅ−１
７）とを解くと、 Ａ₃ ′＝γ₃ 〔γ₂ ｛γ₁ （Ａ₁ −Θ_b ）＋Θ_b ｝−Θ_b 〕＋Θ_b …（Ｅ−１８） となる。

【０１０９】ここで、傾き追従条件の定義に従って、Ａ
₁ ＝０及びＡ₃ ′＝Θ_b を上式（Ｅ−１８）に代入して
整理すると、傾き追従条件は、 （γ₁ ・γ₂ ）^-1−γ₁ ^-1＋１＝０ となり、上式（Ｅ−１６）と同じになる。これは、最終
アフォーカル光学系ＡＦＣ₃ が、光学系モデルの傾き追
従作用に寄与しないことを意味する。

【０１１０】次に、図２のアフォーカル光学系モデルに
おいてｋ＝４とした場合、図５及び図６のアフォーカル
光学系傾きモデルにおける光線の挙動を解析する。

【０１１１】この場合も、上述したｋ＝２，ｋ＝３の場
合と同様の誘導を行うと、 （γ₁ ・γ₂ ・γ₃ ・γ₄ ）^-1−（γ₁ ・γ₂ ・γ₃ ）^-1 ＋（γ₁ ・γ₂ ）^-1−γ₁ ^-1＋１＝０ …（Ｅ−１９） となる。なお、上式（Ｅ−１９）は、４個のアフォーカ
ル光学系モデルの傾き追従条件式である。

【０１１２】次に、図２のアフォーカル光学系モデルに
おいてｋ＝５とした場合、図５及び図６のアフォーカル
光学系傾きモデルにおける光線の挙動を解析する。

【０１１３】この場合も、上述したｋ＝２〜４の場合と
同様の誘導を行って、傾き追従条件式を求めると、上式
（Ｅ−１９）と同様の結果が得られる。

【０１１４】このように、任意の個数のアフォーカル光
学系を連ねて構成した上記各光学系モデルにおいて、そ
の傾き追従条件式を求めることができる。

【０１１５】従って、上記光学系モデルにおける傾き追
従条件の一般式は、

【数４】

【０１１６】となる。なお、上式（Ｉ−１）の設定条件
としては、偶数個のアフォーカル光学系が有効である。

【０１１７】次に、図２のアフォーカル光学系モデルに
おいてｋ＝２とした場合、図７及び図８のアフォーカル
光学系平行移動モデルにおける光線の挙動を解析する。

【０１１８】この場合、アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜
ＡＦＣ₂ における光線の関係は、上述した式（Ｅ−９）
〜（Ｅ−１１）に基づいて、以下のように規定される。 Ｈ₁ ′＝γ₁ ^-1（Ｈ₁ −Ｙ_b ）＋Ｙ_b …（Ｅ−２０） Ｈ₂ ′＝γ₂ ^-1・Ｈ₂ …（Ｅ−２１） Ｈ₂ ＝Ｈ₁ ′ …（Ｅ−２２） これらを解くと、 Ｈ₂ ′＝γ₂ ^-1｛γ₁ ^-1（Ｈ₁ −Ｙ_b ）＋Ｙ_b ｝ …（Ｅ−２３） となる。

【０１１９】ここで、平行移動追従条件の定義に従っ
て、Ｈ₁ ＝０及びＨ₂ ′＝Ｙ_b を上式（Ｅ−２３）に代
入して整理すると、 γ₁ ・γ₂ −γ₁ ＋１＝０ …（Ｅ−２４） となる。なお、上式（Ｅ−２４）は、２個のアフォーカ
ル光学系モデルの平行移動追従条件式である。

【０１２０】次に、図２のアフォーカル光学系モデルに
おいてｋ＝３とした場合、図８のアフォ―カル系平行移
動モデルにおける光線の挙動を解析する。ただし、ここ
では、図８の構成とは異なり、最終アフォーカル光学系
ＡＦＣ₃ は、浮動系に属する。

【０１２１】ここで、上述したｋ＝２の場合と同様の誘
導を行って、平行移動追従条件式を求めると、上式（Ｅ
−２４）と同様の結果が得られる。これは、最終アフォ
ーカル光学系ＡＦＣ₃ が、光学系モデルの平行移動追従
作用に寄与しないことを意味する。

【０１２２】次に、図２のアフォーカル光学系モデルに
おいてｋ＝４とした場合、図７及び図８のアフォーカル
光学系平行移動モデルにおける光線の挙動を解析する。

【０１２３】この場合も、上述したｋ＝２，ｋ＝３の場
合と同様の誘導を行うと、 （γ₁ ・γ₂ ・γ₃ ・γ₄ ）−（γ₁ ・γ₂ ・γ₃ ） ＋（γ₁ ・γ₂ ）−γ₁ ＋１＝０ …（Ｅ−２５） となる。なお、上式（Ｅ−２５）は、４個のアフォーカ
ル光学系モデルの平行移動追従条件式である。

【０１２４】次に、図２のアフォーカル光学系モデルに
おいてｋ＝５とした場合、図７及び図８のアフォーカル
光学系平行移動モデルにおける光線の挙動を解析する。

【０１２５】この場合も、上述したｋ＝２〜４の場合と
同様の誘導を行って、平行移動追従条件式を求めると、
上式（Ｅ−２５）と同様の結果が得られる。

【０１２６】このように、任意の個数のアフォーカル光
学系を連ねて構成した上記光学系モデルにおいて、その
平行移動追従条件式を求めることができる。

【０１２７】従って、上記光学系モデルにおける平行移
動追従条件の一般式は、

【数５】

【０１２８】となる。なお、上式（Ｉ−２）の設定条件
としては、偶数個のアフォーカル光学系が有効である。

【０１２９】ここで、上式（Ｉ−１）及び（Ｉ−２）を
同時に満たす条件を導いてみると、ｋ＝２においてはγ
₁ とγ₂ の値は虚数解となる。また、ｋ≧４においては
γ_N（Ｎ＝１〜ｋ）の値は実数解となる。即ち、ｋ＝２
においては、傾き追従条件又は並行移動追従条件のいず
れかを満足することが可能であり、ｋ≧４においては、
前記両条件を同時に満足することが可能である。

【０１３０】次に、図１の薄肉レンズモデルにおいてｊ
＝４とした場合、図３及び図４の薄肉レンズモデル近軸
追跡モデルにおける光線の挙動を解析する。

【０１３１】まず、浮動系の変位量として下式の条件を
設定する。 θ_b ≠０，ｙ_b ＝０ …（Ｅ−２６） また、入射光線について下式の条件を設定する。 ｈ₁ ＝α₁ ＝０ …（Ｅ−２７） このような条件式（Ｅ−２６），（Ｅ−２７）を上述し
た近軸追跡公式（Ｅ−１）〜（Ｅ−４）に代入し、薄肉
レンズＬ₁ 〜Ｌ₄ に亘る屈折光線を順次誘導すると、薄
肉レンズＬ₃ からの屈折光線は、以下のように規定され
る。 α₄ ＝α₃ ′＝−ｙ₃ ・φ₃ …（Ｅ−２８） ｈ₄ ＝ｅ₃ ′・ｙ₃ ・φ₃ …（Ｅ−２９） また、薄肉レンズＬ₁ からの屈折光線は、以下のように
規定される。 α₄ ′＝ｙ₃ ・φ₃ （ｅ₃ ′・φ₄ −１） …（Ｅ−３０） ここで、上式（Ｅ−２６），（Ｅ−２７）で示される条
件において、射出光即ち薄肉レンズＬ₄ からの屈折光線
が、浮動光軸に一致するための条件は、 α₄ ′＝θ_b …（Ｅ−３１） ｈ₄ ＝ｙ₄ …（Ｅ−３２） である。

【０１３２】この場合、上式（Ｅ−２８）〜（Ｅ−３
２）及び式（Ｅ−５）から成る連立方程式を解くと、上
式（Ｅ−２６），（Ｅ−２７）で設定される条件に基づ
いて、射出光が浮動光軸に一致するための条件式が誘導
される。即ち、誘導経過を省略して、その結果のみを記
述すると、 φ₃ ＝（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−４） φ₄ ＝−（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′＋ｅ₃ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−５） となる。

【０１３３】このように導かれた式（Ｉ−４），（Ｉ−
５）を満足する光学系モデルは、傾き追従条件を満足す
る。

【０１３４】次に、浮動系の変位量として下式の条件を
設定する。 θ_b ＝０，ｙ_b ≠０ …（Ｅ−３３） 入射光線は、上式（Ｅ−２７）と同一条件に設定する。

【０１３５】このような条件式（Ｅ−３３）を上式（Ｅ
−２７）と共に、上述した近軸追跡公式（Ｅ−１）〜
（Ｅ−４）に代入し、薄肉レンズＬ₁ 〜Ｌ₄ に亘る屈折
光線を順次誘導すると、薄肉レンズＬ₃ からの屈折光線
は、以下のように規定される。 α₄ ＝α₃ ′ ＝ｙ_b ｛−φ₁ −φ₃ ＋（ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₂ ） ＋（ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₃ ）＋（ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₃ ） −（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ）｝ …（Ｅ−３４） ｈ₄ ＝ｙ_b ｛（ｅ₁ ′・φ₁ ）＋（ｅ₂ ′・φ₁ ）＋（ｅ₃ ′・φ₁ ） ＋（ｅ₃ ′・φ₃ ）−（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ） −（ｅ₁ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₂ ） −（ｅ₁ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₃ ） −（ｅ₂ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₃ ） ＋（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ）｝ …（Ｅ−３５） また、薄肉レンズＬ₄ からの屈折光線は、以下のように
規定される。 α₄ ′＝ｙ_b ｛（−φ₁ −φ₃ ＋（ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₂ ） ＋（ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₃ ）＋（ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₄ ） ＋（ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₃ ）＋（ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₄ ） ＋（ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₄ ）＋（ｅ₃ ′・φ₃ ・φ₄ ） −（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ） −（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₄ ） −（ｅ₁ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₄ ） −（ｅ₁ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₃ ・φ₄ ） −（ｅ₂ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₃ ・φ₄ ） ＋（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・ｅ₃ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ・φ₄ ）｝ …（Ｅ−３６） ここで、上式（Ｅ−２７），（Ｅ−３３）で設定される
条件において、並行移動追従するための条件、即ち射出
光線が浮動光軸に一致するための条件は、 α₄ ′＝θ_b ＝０ …（Ｅ−３７） ｈ₄ ＝ｙ₄ ＝ｙ_b …（Ｅ−３８） である。

【０１３６】この場合、上式（Ｅ−３４）〜（Ｅ−３
８）及び式（Ｅ−３３）から成る連立方程式を解くと、
上式（Ｅ−２７），（Ｅ−３３）で設定される条件にお
いて、射出光線が並行移動追従するための条件式が誘導
される。即ち、誘導経過を省略して、その結果のみを記
すと、 （ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₂ ）−φ₁ ＋（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）φ₁ ・φ₃ −（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ）−φ₃ ＋φ₄ ＝０ …（Ｉ−３） となる。

【０１３７】このように導かれた式（Ｉ−３）を満足す
る光学系モデルは、並行移動追従条件を満足する。

【０１３８】また、上式（Ｉ−３）〜（Ｉ−５）を同時
に満足する条件には、実数解が存在する。なお、この場
合の光学系モデルは、完全追従条件を満足する。

【０１３９】上記の説明では、ｊ＝４の薄肉レンズモデ
ルにおける解析及び追従条件式を誘導する場合について
説明したが、ｊ≧５の薄肉レンズモデルについても、同
様の解析および式誘導を行って、並行移動追従条件や傾
き追従条件及び完全追従条件を導き出すことが可能であ
る。

【０１４０】更に、厚肉レンズ系や反射光学系及び回折
光学系の場合においても、上記薄肉レンズモデルの場合
と同様に、近軸追跡モデルを作成することによって、並
行移動追従条件や傾き追従条件及び完全追従条件を導き
出すことが可能であることは言うまでもない。

【０１４１】ところで、本発明の浮動追従型光学系は、
浮動系に属するレンズ（群）のうち、光線が最初に入射
するレンズ（群）に始まり、固定系に属するレンズ
（群）のうち、光線が最後に射出するレンズ（群）に終
わる光学系である。

【０１４２】浮動追従型光学系に何等かの光学系を付加
する場合、その付加位置が第１レンズ（群）の前側（こ
の場合、付加する光学系は全て固定系に属する）であっ
ても、最終レンズ（群）の後側（この場合、付加する光
学系は全て浮動系に属する）であっても、付加する光学
系によって浮動追従作用が本質的に影響を受けることは
ない。

【０１４３】このことは、上述した式（Ｉ−１）及び
（Ｉ−２）の誘導過程におけるＫ＝３のモデルにおい
て、最終レンズ（群）として浮動系に属するアフォーカ
ル光学系ＡＦＣ₃ が、浮動追従作用には何等影響しなか
ったことからも明らかである。

【０１４４】また、ある種のシステムとして構成する光
学系を本発明の浮動追従型光学系に付加したときであっ
ても、その光学系がシステムとして有効に機能すること
は言うまでもない。なお、このような光学系としては、
例えば、後述する第１１〜１６の実施の形態において、
浮動追従型光学系の前後に付加される光学系が該当す
る。

【０１４５】次に、上述したような原理に基づいて構成
された本発明の第１の実施の形態に係る浮動追従型光学
系について、図１０を参照して説明する。

【０１４６】図１０に示すように、本実施の形態の浮動
追従型光学系は、浮動系に属する第１のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ と、固定系に属する第２のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₂ とから構成されている。

【０１４７】第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ は、第
１及び第２の薄肉レンズＬ₁ ，Ｌ₂によって構成されて
おり、また、第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ は、第
３及び第４の薄肉レンズＬ₃ ，Ｌ₄ によって構成されて
いる。

【０１４８】また、第１ないし第４の薄肉レンズＬ₁ ，
Ｌ₂ ，Ｌ₃ ，Ｌ₄ から成る第１及び第２のアフォーカル
光学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ の諸元は、下記の表１に示さ
れている。

【０１４９】

【表１】

【０１５０】このような表１の諸元に基づく第１及び第
２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ は、上述し
た式（Ｉ−１）即ち傾き追従条件を満足するように設計
されている。

【０１５１】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０１５２】図１０には、本実施の形態の浮動追従型光
学系において、浮動光軸ＦＬが固定光軸ＦＩＸに対して
傾き変位した場合の近軸追跡結果が示されている。

【０１５３】図１０に示すように、固定光軸ＦＩＸに一
致して第１の薄肉レンズＬ₁ に入射した入射光線３６
は、第２及び第３の薄肉レンズＬ₂ ，Ｌ₃ を経た後、第
４の薄肉レンズＬ₄ から浮動光軸ＦＬと平行な射出光線
３８となって射出している。

【０１５４】ところで、同図において、第１及び第２の
薄肉レンズＬ₁ ，Ｌ₂ は、夫々、ｙ軸と並行に配置され
ているが、実際は、これら第１及び第２の薄肉レンズＬ
₁ ，Ｌ₂ は、浮動光軸ＦＬに直交して配置されるため、
ｙ軸に対して傾斜している。また、図３において規定し
たように、浮動光軸ＦＬが第１の薄肉レンズＬ₁ を交叉
する交点と固定光軸ＦＩＸとの間の高さをｙ_b 、浮動光
軸ＦＬと固定光軸ＦＩＸとの間の成す角をθ_b と規定す
ると、図１０には、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸Ｆ
Ｌの変位量が、ｙ_b ＝１（ｍｍ），θ_b ＝０．０２（ｒ
ａｄ）となる状態が示されている。

【０１５５】このような状態において、射出光線３８
は、浮動光軸ＦＬと同じ傾きで射出している。これは本
実施の形態の浮動追従型光学系が、上式（Ｉ−１）を満
足していることに他ならない。

【０１５６】また、本実施の形態において、上記のｙ_b
及びθ_b の値が上記以外の値となっても、射出光線３８
が、浮動光軸ＦＬと同じ傾きとなることは言うまでもな
い。このように本実施の形態によれば、傾き追従条件を
満足する浮動追従型光学系を実現することができるた
め、浮動系が固定系に対して傾いても、常に、この傾き
と同じ傾きを有する射出光線を得ることが可能となる。
この結果、光軸相互のずれを許容範囲内に抑制すること
が可能な簡単な構成の浮動追従型光学系を提供すること
が可能となる。

【０１５７】なお、本実施の形態の浮動追従型光学系
は、光線の傾き精度を高く維持させることが必要な装置
への応用が有効であり、その例を後述の第１５の実施の
形態に示す。

【０１５８】また、本実施の形態では、薄肉レンズモデ
ルを用いて説明したが、例えば、レンズタイプとして厚
肉単レンズ、アクロマートレンズ、アポクロマートレン
ズ、アイソプラナティックレンズ、アプラナティックレ
ンズ、アナスティグマートレンズ等が適用可能である。

【０１５９】また、本実施の形態のレンズ形態として
は、例えば、球面レンズ、非球面レンズ、屈折率分布型
レンズ、光学ガラスと光学用樹脂との複合構造型レンズ
等が適用可能である。このような構成によって、諸収差
を許容範囲内に抑制することが可能となる。

【０１６０】なお、このようなレンズタイプ及びレンズ
形態については、光学系に求められる収差補正の程度に
応じて任意に選択することができる。

【０１６１】更に、本実施の形態のレンズ材質として
は、例えば、光学ガラス、ポリカーボネートやアクリル
樹脂やスチロール樹脂等の光学用樹脂材料、石英、水
晶、方解石、サファイア（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、フッ化カルシ
ウム（ＣａＦ₂ ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ
化リチウム（ＬｉＦ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ
化セシウム（ＣｓＩ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化
亜鉛（ＺｎＳｅ）、Ａｓ₂Ｓ₃ ガラス、Ｓｅ（Ａｓ）ガ
ラス、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、塩化
ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、インジ
ウム−アンチモン（ＩｎＳｂ）、二酸化チタン（ＴｉＯ
₂ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃ ）、酸化
マグネシウム（ＭｇＯ）、臭化カリウム（ＢｒＫ）等が
使用可能である。

【０１６２】なお、このようなレンズ材質については、
対象とする光線の波長域に合わせて任意に選択すること
ができる。

【０１６３】また、上記のレンズ材質は、約２００ｎｍ
〜２５μｍの範囲の波長をカバーしているが、特に紫外
線域においては、例えば、石英、フッ化カルシウム、フ
ッ化リチウムを用い、可視域においては、例えば、光学
ガラスを用い、赤外線域においては、例えば、硫化亜
鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム、シリコン、サファイ
アを用いることが好ましい。

【０１６４】次に、本発明の第２の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図１１を参照して説明する。

【０１６５】図１１に示すように、本実施の形態の浮動
追従型光学系は、浮動系に属する第１のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ と、固定系に属する第２のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₂ とから構成されている。

【０１６６】第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ は、入
射光線４０を通過させる開口４２ａが形成された第１の
凹面鏡４２と、この第１の凹面鏡４２の開口４２ａを通
過した入射光線４０を第１の凹面鏡４２方向に反射させ
ると共に第１の凹面鏡４２から反射した光線を通過させ
る開口４４ａが形成された第２の凹面鏡４４とを備えて
いる。

【０１６７】第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ は、第
２の凹面鏡４４の開口４４ａを通過した光線を通過させ
る開口４６ａが形成された第３の凹面鏡４６と、この第
３の凹面鏡４６の開口４６ａを通過した光線を第３の凹
面鏡４６方向へ反射させる凸面鏡４８とを備えている。

【０１６８】なお、図１１では、浮動光軸ＦＬと固定光
軸ＦＩＸとを互いに一致させて示している。

【０１６９】また、本実施の形態に適用された第１及び
第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁，ＡＦＣ₂ は、夫
々、上式（Ｉ−１）又は上式（Ｉ−２）を満足するよう
に設計されている。

【０１７０】なお、第１ないし第３の凹面鏡４２，４
４，４６及び凸面鏡４８の夫々の反射面４２ｂ，４４
ｂ，４６ｂ及び４８ｂは、入射光線４０の波長域におい
て高反射率となるように製作されている。

【０１７１】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０１７２】図１１に示すように、図示しない固定系に
設けられた光源から発光した光線を第１のアフォーカル
光学系ＡＦＣ₁ に照射したとき、第１の凹面鏡４２に照
射された光線のうち、第１の凹面鏡４２の開口４２ａか
ら入射した入射光線４０は、第２の凹面鏡４４の反射面
４４ｂから反射した後、第１の凹面鏡４２の反射面４２
ｂに照射される。

【０１７３】このとき、第１の凹面鏡４２の反射面４２
ｂから反射した光線は、第２の凹面鏡４４の開口４４ａ
を通過した後、第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ に射
出される。

【０１７４】第２の凹面鏡４４の開口４４ａを通過して
第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂に射出された光線
は、第３の凹面鏡４６の開口４６ａを通過した後、凸面
鏡４８の反射面４８ｂに照射される。

【０１７５】凹面鏡４８の反射面４８ｂに照射された光
線は、この反射面４８ｂから反射した後、第３の凹面鏡
４６の反射面４６ｂから反射することによって、射出光
線５０となって、第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ か
ら射出される。

【０１７６】この場合、第１及び第２のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ が、夫々、上式（Ｉ−１）を満
足する場合、本実施の形態の浮動追従型光学系は、傾き
追従条件を満足することになる。

【０１７７】また、第１及び第２のアフォーカル光学系
ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ が、夫々、上式（Ｉ−２）を満足す
る場合、本実施の形態の浮動追従型光学系は、平行移動
追従条件を満足することになる。

【０１７８】このように本実施の形態の浮動追従型光学
系が、傾き追従条件を満足する場合には、浮動系が固定
系に対して傾いても、常に、この傾きと同じ傾きを有す
る射出光線５０を得ることが可能となる。

【０１７９】また、本実施の形態の浮動追従型光学系
が、平行移動追従条件を満足する場合には、浮動系が固
定系に対して平行移動しても、常に、この平行移動と同
様に平行移動する射出光線５０を得ることが可能とな
る。

【０１８０】更に、本実施の形態の浮動追従型光学系
は、反射光学系のみから構成されているため、色収差を
皆無にすることができると共に、屈折光学系を製作する
ことが実際上不可能であるような紫外線からＸ線の波長
帯域（１２５ｎｍ〜３ｎｍ程度）においても、本実施の
形態の構成を適用することができる。

【０１８１】なお、本実施の形態において、第１及び第
２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ を構成する
第１ないし第３の凹面鏡４２，４４，４６及び凸面鏡４
８は、レンズ表面に反射面を形成した表面鏡で構成した
が、例えば図１２に示すように、レンズ裏面に反射面を
形成した裏面鏡によって構成することも可能である。図
１２には、両凸レンズ５２と両凹レンズ５４とから成る
アフォーカル光学系ＡＦＣが示されており、両凸レンズ
５２及び両凹レンズ５４は、夫々、裏面鏡を構成するよ
うに、レンズ裏面に反射面５２ａ，５４ａが形成されて
いる。

【０１８２】このような構成において、入射光線５６
は、両凸レンズ５２を透過した後、両凹レンズ５４の裏
面に形成された反射面５４ａから両凸レンズ５２の裏面
に形成された反射面５２ａを介して、射出光線５８とな
ってアフォーカル光学系から射出される。

【０１８３】この場合、入射光線５６は、反射面５２
ａ，５４ａから反射するときの光学的作用のみならず、
両凸レンズ５２の凸面５２ｂ，５２ｃ及び両凹レンズ５
４の凹面５４ｂを透過する際の屈折作用も受ける。

【０１８４】この結果、本変形例には、アフォーカル光
学系の設計上の自由度が向上するという利点と共に、収
差補正が容易になるという利点がある。

【０１８５】次に、本発明の第３の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図１３を参照して説明する。

【０１８６】図１３に示すように、本実施の形態の浮動
追従型光学系は、浮動系に属する第１のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ と、固定系に属する第２のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₂ とから構成されている。

【０１８７】第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ は、入
射光線６０を反射する第１の凹面鏡６２と、この第１の
凹面鏡６２から反射した光線を第２のアフォーカル光学
系ＡＦＣ₂ 方向へ反射する第２の凹面鏡６４とを備えて
いる。

【０１８８】第２のアフォ―カル光学系ＡＦＣ₂ は、第
２の凹面鏡６４から反射した光線を反射する凸面鏡６６
と、この凸面鏡６６から反射した光線を反射する第３の
凹面鏡６８とを備えている。

【０１８９】なお、本実施の形態において、第１ないし
第３の凹面鏡６２，６４，６８及び凸面鏡６６は、所定
の条件に基づいて、相対的に偏心させて配置されてい
る。

【０１９０】また、図１３では、浮動光軸ＦＬと固定光
軸ＦＩＸとを互いに一致させて示している。

【０１９１】また、本実施の形態に適用された第１及び
第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁，ＡＦＣ₂ は、夫
々、上式（Ｉ−１）又は上式（Ｉ−２）を満足するよう
に設計されている。

【０１９２】なお、第１ないし第３の凹面鏡６２，６
４，６８及び凸面鏡６６の夫々の反射面６２ａ，６４
ａ，６６ａ及び６８ａは、入射光線６０の波長域におい
て高反射率となるように製作されている。

【０１９３】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０１９４】図１３に示すように、図示しない固定系に
設けられた光源から発光して第１のアフォーカル光学系
ＡＦＣ₁ に入射した入射光線６０は、第１の凹面鏡６２
の反射面６２ａから反射した後、第２の凹面鏡６４の反
射面６４ａから第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ 方向
へ反射される。

【０１９５】第２の凹面鏡６４の反射面６４ａから反射
した光線は、凸面鏡６６の反射面６６ａから反射した
後、第３の凹面鏡６８の反射面６８ａから反射すること
によって、射出光線７０となって第２のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₂ から射出される。この場合、第１及び第２
のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ が、夫々、上
式（Ｉ−１）を満足する場合、本実施の形態の浮動追従
型光学系は、傾き追従条件を満足することになる。

【０１９６】また、第１及び第２のアフォーカル光学系
ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ が、夫々、上式（Ｉ−２）を満足す
る場合、本実施の形態の浮動追従型光学系は、平行移動
追従条件を満足することになる。

【０１９７】このように本実施の形態の浮動追従型光学
系は、反射光学系のみを備えた２組のアフォーカル光学
系によって構成されているため、上記第２の実施の形態
と同様の効果を得ることが可能となる。

【０１９８】更に、本実施の形態の浮動追従型光学系
は、第１ないし第３の凹面鏡６２，６４，６８及び凸面
鏡６６を所定の条件に基づいて相対的に偏心させて配置
しているため、各反射面６２ａ，６４ａ，６６ａ，６８
ａの直径を略有効光束径程度にすれば足りると共に、光
線を通過させるための開口（第２の実施の形態参照）が
不要となる。この結果、上記第２の実施の形態に比較し
て安価且つコンパクトな浮動追従型光学系を設計するこ
とが可能となる。

【０１９９】次に、本発明の第４の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図１４を参照して説明する。

【０２００】図１４に示すように、本実施の形態の浮動
追従型光学系は、浮動系に属する第１のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ と、固定系に属する第２のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₂ とから構成されている。

【０２０１】第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ は、第
１及び第２の薄肉レンズＬ₁ ，Ｌ₂によって構成されて
おり、また、第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ は、第
３及び第４の薄肉レンズＬ₃ ，Ｌ₄ によって構成されて
いる。

【０２０２】また、第１ないし第４の薄肉レンズＬ₁ ，
Ｌ₂ ，Ｌ₃ ，Ｌ₄ から成る第１及び第２のアフォーカル
光学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ の諸元は、下記の表２に示さ
れている。

【０２０３】

【表２】

【０２０４】このような表２の諸元に基づく第１及び第
２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ は、上述し
た式（Ｉ−２）即ち平行移動追従条件を満足するように
設計されている。

【０２０５】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０２０６】図１４には、本実施の形態の浮動追従型光
学系において、浮動光軸ＦＬが固定光軸ＦＩＸに対して
平行移動変位した場合の近軸追跡結果が示されている。

【０２０７】図１４に示すように、固定光軸ＦＩＸに一
致して第１の薄肉レンズＬ₁ に入射した入射光線７２
は、第２及び第３の薄肉レンズＬ₂ ，Ｌ₃ を経た後、第
４の薄肉レンズＬ₄ から浮動光軸ＦＬに一致した射出光
線７４となって射出している。また、図３において規定
したように、浮動光軸ＦＬが第１の薄肉レンズＬ₁ を交
叉する交点と固定光軸ＦＩＸとの間の高さをｙ_b 、浮動
光軸ＦＬと固定光軸ＦＩＸとの間の成す角をθ_b と規定
すると、図１４には、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸
ＦＬの変位量が、ｙ_b ＝２（ｍｍ），θ_b ＝０（ｒａ
ｄ）となる状態が示されている。

【０２０８】このような状態において、射出光線７４
は、浮動光軸ＦＬと完全に一致して射出している。これ
は、本実施の形態の浮動追従型光学系が、上式（Ｉ−
２）を満足していることに他ならない。

【０２０９】また、本実施の形態において、上記のｙ_b
の値が上記以外の値となっても、射出光線７４が浮動光
軸ＦＬと一致することは言うまでもない。

【０２１０】このように本実施の形態によれば、平行移
動追従条件を満足する浮動追従型光学系を実現すること
ができるため、浮動系が固定系に対して並行移動して
も、常に、この平行移動と同様に並行移動する射出光線
７４を得ることが可能となる。この結果、光軸相互のず
れを許容範囲内に抑制することが可能な簡単な構成の浮
動追従型光学系を提供することが可能となる。

【０２１１】なお、本実施の形態は、光束の中心位置精
度を高く維持させることが必要な装置への応用が有効で
ある。

【０２１２】また、本実施の形態では、薄肉レンズモデ
ルを用いて説明したが、実際には、レンズタイプやレン
ズ形態及びレンズ材質等に関して各種の応用が可能且つ
有効であることは、上記第１の実施の形態と同様であ
る。

【０２１３】次に、本発明の第５の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図１５を参照して説明する。

【０２１４】図１５（ａ），（ｂ）に示すように、本実
施の形態の浮動追従型光学系は、入射光線の進行方向に
沿って配列された４個のアフォーカル光学系によって構
成されており、具体的には、浮動系に属する第１のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ₁ と、固定系に属する第２のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ₂ と、浮動系に属する第３のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ₃ と、固定系に属する第４のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ₄ とから構成されている。

【０２１５】第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ は、第
１及び第２の薄肉レンズＬ₁ ，Ｌ₂によって構成されて
おり、また、第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ は、第
３及び第４の薄肉レンズＬ₃ ，Ｌ₄ によって構成されて
いる。更に、第３のアフォーカル光学系ＡＦＣ₃ は、第
５及び第６の薄肉レンズＬ₅ ，Ｌ₆ によって構成されて
おり、また、第４のアフォーカル光学系ＡＦＣ₄ は、第
７及び第８の薄肉レンズＬ₇ ，Ｌ₈ によって構成されて
いる。

【０２１６】また、第１ないし第８の薄肉レンズＬ₁ 〜
Ｌ₈ から成る第１ないし第４のアフォーカル光学系ＡＦ
Ｃ₁ 〜ＡＦＣ₄ の諸元は、下記の表３に示されている。

【０２１７】

【表３】

【０２１８】このような表３の諸元に基づく第１ないし
第４のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁〜ＡＦＣ₄ は、上述
した式（Ｉ−１）及び式（Ｉ−２）の双方を満足するよ
うに設計されている。この場合、角倍率γ_N は、その一
例として、光線の入射方向に沿って順に、負、正、負、
正の値となっている。

【０２１９】このような第１ないし第４のアフォーカル
光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ₄ によれば、傾き追従条件及び
並行移動追従条件の双方を満足することができると共
に、各アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ₄ 同士の間
隔ｅ_n ′を適切に定めることによって、完全追従条件を
満足させることができる。

【０２２０】ここで、第１ないし第４のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ₄ 同士の間隔ｅ_n ′を適切に定め
る方法（間隔設定方法）について説明する。

【０２２１】いま、各アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜Ａ
ＦＣ₄ から構成される浮動追従型光学系の諸元が、下記
の表４に示すようになっている場合、

【表４】

【０２２２】この浮動追従型光学系の角倍率γ_N は、上
述した式（Ｉ−１）及び式（Ｉ−２）の双方を満足す
る。

【０２２３】このとき、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光
軸ＦＬの変位量が、ｙ_b ＝２（ｍｍ），θ_b ＝０（ｒａ
ｄ）である場合（平行移動状態）、その近軸追跡結果に
おいて、図１６（ａ）に示すように、固定光軸ＦＩＸに
一致して第１の薄肉レンズＬ₁ に入射した入射光線７６
は、第２〜第７の薄肉レンズＬ₂ 〜Ｌ₇ を経た後、第８
の薄肉レンズＬ₈ から浮動光軸ＦＬに一致した射出光線
７８となって射出する。これは式（Ｉ−２）即ち平行移
動追従条件を満足しているからに他ならない。

【０２２４】次に、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸Ｆ
Ｌの変位量が、ｙ_b ＝０（ｍｍ），θ_b ＝０．０１（ｒ
ａｄ）である場合（傾斜移動状態）、その近軸追跡結果
において、図１６（ｂ）に示すように、射出光線７８
は、浮動光軸ＦＬと同じ傾斜方向に射出する。これは式
（Ｉ−１）即ち傾き追従条件を満足しているからに他な
らない。しかし、この場合、射出光線７８と浮動光軸Ｆ
Ｌとは、約１．５（ｍｍ）だけｙ方向に相対的にずれて
いる。

【０２２５】この結果、上述した式（Ｉ−１）及び式
（Ｉ−２）の双方を満足させるだけでは、完全追従条件
を得ることができないことが分かる。

【０２２６】そこで、例えば、上記表４のｅ₄ ′（第４
の薄肉レンズＬ₄ と第５の薄肉レンズＬ₅ との間の距離
（間隔））の値を１５．００から４．０８に変更すると
（表３参照）、上記傾斜移動状態の近軸追跡結果は、図
１５（ａ）と同一となる。この結果、固定光軸ＦＩＸに
一致した入射光線７６は、浮動光軸ＦＬに完全に一致し
た射出光線７８となって浮動追従型光学系から射出され
る。

【０２２７】このように、第１ないし第４のアフォーカ
ル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ₄ から構成される浮動追従型
光学系において、各アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦ
Ｃ₄の角倍率γ_N が式（Ｉ−１）及び式（Ｉ−２）の双
方を満足すると共に、各アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜
ＡＦＣ₄ 同士の間隔ｅ_n ′を最適化することによって、
完全追従条件を得ることが可能となる。なお、６個以上
のアフォーカル光学系から構成される浮動追従型光学系
を設定した場合でも、上記間隔設定方法を適用すること
によって、上記同様の作用効果を実現することが可能で
ある。

【０２２８】次に、上記間隔設定方法を適用した本実施
の形態の動作について説明する。

【０２２９】図１５（ａ），（ｂ）には、本実施の形態
の浮動追従型光学系において、浮動光軸ＦＬが、固定光
軸ＦＩＸに対して変位した場合の近軸追跡結果が示され
ている。

【０２３０】図１５（ａ），（ｂ）に示すように、固定
光軸ＦＩＸに一致して第１の薄肉レンズＬ₁ に入射した
入射光線７６は、第２〜第７の薄肉レンズＬ₂ 〜Ｌ₇ を
経た後、第８の薄肉レンズＬ₈ から浮動光軸ＦＬに一致
した射出光線７８となって射出している。

【０２３１】ところで、同図において、第１及び第２の
薄肉レンズＬ₁ ，Ｌ₂ と第５及び第６の薄肉レンズ
Ｌ₅ ，Ｌ₆ とは、ｙ軸と並行に配置されているが、実際
は、これら各薄肉レンズＬ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₅ ，Ｌ₆ は、浮
動光軸ＦＬに直交して配置されているため、ｙ軸に対し
て傾斜している。

【０２３２】また、図３において規定したように、浮動
光軸ＦＬが第１の薄肉レンズＬ₁ を交叉する交点と固定
光軸ＦＩＸとの間の高さをｙ_b 、浮動光軸ＦＬと固定光
軸ＦＩＸとの間の成す角をθ_b と規定すると、図１５
（ａ）及び図１５（ｂ）に夫々示された浮動追従型光学
系において、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸ＦＬの変
位量は、以下の通りである。

【０２３３】即ち、図１５（ａ）の実施の形態におい
て、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸ＦＬの変位量は、
ｙ_b ＝０（ｍｍ），θ_b ＝０．０１（ｒａｄ）である。

【０２３４】一方、図１５（ｂ）の実施の形態におい
て、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸ＦＬの変位量は、
ｙ_b ＝２（ｍｍ），θ_b ＝０．０２（ｒａｄ）である。

【０２３５】このような状態において、図１５（ａ），
（ｂ）に示されたように、射出光線７８は、浮動光軸Ｆ
Ｌと完全に一致して射出している。これは、本実施の形
態の浮動追従型光学系が、完全追従条件を満足している
ことに他ならない。

【０２３６】また、本実施の形態において、上記のｙ_b
及びθ_b の値が上記以外の値となっても、射出光線７８
が、浮動光軸ＦＬと完全に一致することは言うまでもな
い。このように本実施の形態によれば、完全追従条件を
満足する浮動追従型光学系を実現することができるた
め、浮動系が固定系に対して並行移動しても、更に、並
行移動と共に傾いても、常に、浮動系に対して固定した
位置及び傾きを有する射出光線７８を得ることが可能と
なる。

【０２３７】なお、本実施の形態の浮動追従型光学系
は、光束の中心位置精度及び傾き精度の双方を高く維持
させることが必要な装置への応用が有効であり、その一
例を後述の第１０及び第１１の実施の形態に夫々示す。

【０２３８】また、本実施の形態は、薄肉レンズモデル
を用いて説明したが、実際には、レンズタイプやレンズ
形態及びレンズ材質等に対応して各種の応用が可能且つ
有効であることは、上記第１の実施の形態と同様であ
る。

【０２３９】更に、上記実施の形態は、角倍率γ_N が、
光線の入射方向に沿って順に、負、正、負、正の値とな
っている浮動追従型光学系について説明したが、下記の
表５に示すように、光線の入射方向に沿って順に、正、
負、負、正の値となった角倍率γ_N を有する浮動追従型
光学系を用いた場合でも、上記間隔設定方法を適用する
ことによって、上記実施の形態と同様の作用効果を実現
することができる。

【０２４０】

【表５】

【０２４１】図１７（ａ）〜（ｃ）には、表５の諸元を
有する浮動追従型光学系の近軸追跡結果が示されてい
る。同図（ａ）には、ｙ_b ＝０（ｍｍ），θ_b ＝０（ｒ
ａｄ）の場合（平行移動状態）の近軸追跡結果が示され
ており、同図（ｂ）には、ｙ_b＝０（ｍｍ），θ_b ＝
０．０２（ｒａｄ）の場合（傾斜移動状態）の近軸追跡
結果が示されており、また、同図（ｃ）には、ｙ_b ＝２
（ｍｍ），θ_b ＝０．０２（ｒａｄ）の場合（傾斜移動
状態）の近軸追跡結果が示されている。

【０２４２】図１７（ａ）〜（ｃ）から明らかなよう
に、射出光線７８は、浮動光軸ＦＬと完全に一致して射
出している。これは、この浮動追従型光学系が、完全追
従条件を満足していることに他ならない。また、上記の
設定条件以外に、角倍率γ_N が、光線の入射方向に沿っ
て順に、正、負、正、負、又は、負、正、正、負の値と
なる場合も上記同様の作用効果を実現することができ
る。なお、他の作用効果は、上記実施の形態と同様であ
るため、その説明は省略する。

【０２４３】また、上記実施の形態は、薄肉レンズモデ
ルを用いて説明したが、図１８に示すように、厚肉レン
ズから成る浮動追従型光学系を用いた場合でも、上記間
隔設定方法を適用することによって、上記実施の形態と
同様の作用効果を実現することができる。

【０２４４】図１８（ａ）には、その一例として、第１
ないし第８の厚肉レンズＬ₁ 〜Ｌ₈から成る第１ないし
第４のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ₄ を有する
浮動追従型光学系が示されている。

【０２４５】なお、Ｈ_n （ｎ；自然数）は、各厚肉レン
ズＬ₁ 〜Ｌ₈ の物体側（入射光側）主点を示し、Ｈ_n ′
（ｎ；自然数）は、各厚肉レンズＬ₁ 〜Ｌ₈ の像側（射
出光側）主点を示している。また、Ｄ_n ′（ｎ；自然
数）は、Ｈ_n とＨ_n ′との間の距離を示し、ｅ_n ′
（ｎ；自然数）は、Ｈ_n ′とＨ_n+1 との間の距離を示し
ており、夫々、その矢印ｘ方向に沿った正の値をとる。
ここで、浮動追従型光学系の諸元が、下記の表６に示す
ようになっているものとする。

【０２４６】

【表６】

【０２４７】なお、この浮動追従型光学系の各厚肉レン
ズＬ₁ 〜Ｌ₈ のパワー、角倍率γ_Nは、上記実施の形態
と同様であるが、主点間の距離が１０（ｍｍ）の厚肉レ
ンズＬ₁ 〜Ｌ₈ から成る浮動追従型光学系が完全追従条
件を満足するように、上記表３のｅ₄ ′の値を４．０８
から７．４２４８に変更している。

【０２４８】このとき、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光
軸ＦＬの変位量が、ｙ_b ＝２（ｍｍ），θ_b ＝０．０２
（ｒａｄ）である場合、浮動追従型光学系の近軸追跡結
果は、図１８（ｂ）に示すように、固定光軸ＦＩＸに一
致して第１の厚肉レンズＬ₁ に入射した入射光線７６
は、第２〜第７の厚肉レンズＬ₂ 〜Ｌ₇を経た後、第８
の厚肉レンズＬ₈ から浮動光軸ＦＬに一致した射出光線
７８となって射出する。

【０２４９】このように厚肉レンズモデルの場合でも、
各アフォーカル光学系ＡＦＣ₁ 〜ＡＦＣ₄ の角倍率γ_N
が式（Ｉ−１）及び式（Ｉ−２）の双方を満足すると共
に、上記間隔設定方法を用いてＨ_n ′とＨ_n+1 との間隔
ｅ_n ′を最適化することによって、完全追従条件を得る
ことが可能となる。なお、このような厚肉レンズモデル
において、６個以上のアフォーカル光学系から構成され
る浮動追従型光学系を設定した場合でも、上記間隔設定
方法を適用することによって、上記同様の作用効果を実
現することが可能である。なお、他の作用効果は、上記
実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

【０２５０】また、上述した厚肉レンズモデルの構成、
作用及び効果は、上記実施の形態即ち第５の実施の形態
だけでなく、他の全ての実施の形態のレンズモデルに応
用可能であることは言うまでもない。

【０２５１】次に、本発明の第６の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図１９を参照して説明する。

【０２５２】図１９に示すように、本実施の形態の浮動
追従型光学系は、入射光線８０の進行方向に沿って配置
された４個の薄肉レンズ光学系によって構成されてお
り、具体的には、浮動系に属する第１の薄肉レンズ光学
系Ｌ₁ と、固定系に属する第２の薄肉レンズ光学系Ｌ₂
と、浮動系に属する第３の薄肉レンズ光学系Ｌ₃ と、固
定系に属する第４の薄肉レンズ光学系Ｌ₄ とから構成さ
れている。

【０２５３】また、これら第１ないし第４の薄肉レンズ
光学系Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ ，Ｌ₄ の諸元は、下記の表７に
示されている。

【０２５４】

【表７】

【０２５５】このような表７の諸元に基づく第１ないし
第４の薄肉レンズ光学系Ｌ₁ ，Ｌ₂，Ｌ₃ ，Ｌ₄ は、上
述した式（Ｉ−３）〜（Ｉ−５）即ち完全追従条件を満
足するように設計されている。

【０２５６】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０２５７】図１９（ａ）には、本実施の形態の浮動追
従型光学系において、浮動光軸ＦＬが固定光軸ＦＩＸに
対して平行移動変位した場合の近軸追跡結果が示されて
おり、図１９（ｂ），（ｃ）には、本実施の形態の浮動
追従型光学系において、浮動光軸ＦＬが固定光軸ＦＩＸ
に対して傾き変位した場合の近軸追跡結果が示されてい
る。

【０２５８】図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、固定光軸ＦＩＸに一致して第１の薄肉レンズ光学系
Ｌ₁ に入射した入射光線８０は、第２及び第３の薄肉レ
ンズ光学系Ｌ₂ ，Ｌ₃ を経た後、第４の薄肉レンズ光学
系Ｌ₄ から浮動光軸ＦＬと一致した射出光線８２となっ
て射出している。

【０２５９】ところで、同図において、第１及び第３の
薄肉レンズ光学系Ｌ₁ ，Ｌ₃ は、夫々、ｙ軸と並行に配
置されているが、実際は、これら第１及び第３の薄肉レ
ンズ光学系Ｌ₁ ，Ｌ₃ は、浮動光軸ＦＬに直交して配置
されるため、ｙ軸に対して傾斜している。

【０２６０】また、図３において規定したように、浮動
光軸ＦＬが第１の薄肉レンズ光学系Ｌ₁ を交叉する交点
と固定光軸ＦＩＸとの間の高さをｙ_b 、浮動光軸ＦＬと
固定光軸ＦＩＸとの間の成す角をθ_b と規定すると、図
１９（ａ），（ｂ），（ｃ）に夫々示された浮動追従型
光学系において、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸ＦＬ
の変位量は、以下の通りである。

【０２６１】図１９（ａ）の実施の形態において、固定
光軸ＦＩＸに対する浮動光軸ＦＬの変位量は、ｙ_b ＝１
（ｍｍ），θ_b ＝０（ｒａｄ）である。

【０２６２】また、図１９（ｂ）の実施の形態におい
て、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸ＦＬの変位量は、
ｙ_b ＝０（ｍｍ），θ_b ＝０．００５（ｒａｄ）であ
る。

【０２６３】また、図１９（ｃ）の実施の形態におい
て、固定光軸ＦＩＸに対する浮動光軸ＦＬの変位量は、
ｙ_b ＝１（ｍｍ），θ_b ＝０．０１（ｒａｄ）である。

【０２６４】このような状態において、射出光線８２
は、浮動光軸ＦＬと完全に一致して射出している。これ
は、本実施の形態の浮動追従型光学系が、上述した式
（Ｉ−３）〜（Ｉ−５）即ち完全追従条件を満足してい
ることに他ならない。

【０２６５】また、本実施の形態において、上記のｙ_b
及びθ_b の値が上記以外の値となっても、射出光線８２
が、浮動光軸ＦＬと完全に一致することは言うまでもな
い。このように本実施の形態によれば、完全追従条件を
満足する浮動追従型光学系を実現することができるた
め、浮動系が固定系に対して並行移動しても、更に、並
行移動と共に傾いても、常に、浮動系に対して固定した
位置及び傾きを有する射出光線８２を得ることが可能と
なる。

【０２６６】更に、上記第５の実施の形態が最低８個の
レンズ光学系を必要したのに対して、本実施の形態は、
最低４個のレンズ光学系によって構成することができ
る。このため、レンズ光学系の個数が少ない分だけ光線
の損失量を少なくすることができると共に、光学系の小
型化及び製造コストの低減を実現することができる。

【０２６７】なお、本実施の形態では、薄肉レンズモデ
ルを用いて説明したが、実際には、レンズタイプやレン
ズ形態及びレンズ材質等に対応して各種の応用が可能且
つ有効であることは、上記第１の実施の形態と同様であ
る。

【０２６８】次に、本発明の第７の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図２０及び図２１を参照して
説明する。

【０２６９】図２０（ａ）に示すように、本実施の形態
の浮動追従型光学系は、浮動系８４に属する平面鏡８６
を有する第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ と、固定系
８８に属する両凹レンズ９０及び両凸レンズ９２を有す
る第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ とから構成されて
いる。

【０２７０】なお、図２０（ａ）では、浮動光軸ＦＬと
固定光軸ＦＩＸとを互いに一致させて示している。

【０２７１】このような構成において、図示しない固定
系に設けられた光源から発光した入射光線９４は、平面
鏡８６から反射した後、両凹レンズ９０及び両凸レンズ
９２を介して、射出光線９６となって射出される。

【０２７２】また、第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁
は、その角倍率が０．５であって、入射光線９４の波長
域に対して高透過率となるように製作されている。

【０２７３】また、平面鏡８６は、入射光線９４の波長
域に対して高反射率となるように製作されている。

【０２７４】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０２７５】本実施の形態に適用された平面鏡８６は、
浮動系８４の傾き変位に関して角倍率が−１のアフォー
カル系と等価な作用を奏する。

【０２７６】まず、この点について、図２１（ｂ），
（ｃ）を参照して説明する。

【０２７７】図２１（ｂ）には、角倍率が−１のアフォ
ーカル光学系９８が示されており、このアフォーカル光
学系９８に入射する入射光線１００と光軸１０２との成
す角をＡ_AFC とすると、射出光線１０４と光軸１０２と
の成す角Ａ_AFC ′は、 Ａ_AFC ′＝−Ａ_AFC なる関係を満足する。

【０２７８】一方、図２１（ｃ）に示すように、平面鏡
１０６に入射する入射光線１０８と光軸１１０（平面鏡
１０６の法線と一致する光軸）との成す角をＡ_M とする
と、射出光線１１２と光軸１１０との成す角Ａ_M ′は、 Ａ_M ′＝−Ａ_M なる関係を満足する。

【０２７９】このことは、平面鏡１０６が、光線１１０
の傾き変位に関して、角倍率が−１のアフォーカル光学
系９８（図２１（ｂ）参照）と等価な作用を奏すること
を意味する。

【０２８０】ここで、図２０（ａ）を参照すると、浮動
系８４の傾き変位に関して、平面鏡８６は、図５及び図
６において説明したアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ に、ま
た、両凹レンズ９０及び両凸レンズ９２は、図５及び図
６において説明したアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ に、夫
々相当することが判明する。

【０２８１】この場合、本実施の形態に適用された第１
のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ の角倍率γ₁ は“−１”
と見なすことができ、また、本実施の形態に適用された
第２のアフォ―カル光学系ＡＦＣ₂ の角倍率γ₂ は、
“０．５”と見なすことができる。

【０２８２】これは、本実施の形態の浮動追従型光学系
が、上述した式（Ｉ−１）即ち傾き追従条件を満足する
ことに他ならない。

【０２８３】次に、図２０（ｂ）を参照しつつ、浮動系
８４が固定系８８に対して傾き変位した場合について説
明する。

【０２８４】図２０（ｂ）には、浮動系８４が固定系８
８に対して傾き変位Θ_b を生じた状態が示されている。

【０２８５】入射光線１１４は、固定光軸ＦＩＸに一致
しているので、平面鏡８６からの反射光１１６の傾きＡ
₁ ′は、 Ａ₁ ′＝２Θ_b なる関係を満足する。

【０２８６】このような関係を満足する反射光１１６が
第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂に入射したとき、こ
の第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ から射出する射出
光線１１８の傾きＡ₂ ′は、上式（Ｅ−６）に基づい
て、 Ａ₂ ′＝γ₂ ・Ａ₂ ＝γ₂ ・Ａ₁ ′＝０．５×２Θ_b ＝
Θ_b なる関係を満足する。

【０２８７】これは、本実施の形態の浮動追従型光学系
が、傾き追従条件を満足していることに他ならない。

【０２８８】次に、図２１（ａ）を参照しつつ、浮動系
８４が固定系８８に対して並行移動変位した場合につい
て説明する。なお、同図の説明に際し、第１７（ｂ）と
同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略す
る。

【０２８９】図２１（ａ）には、浮動系８４が固定系８
８に対して並行移動変位Ｙ_b した状態が示されている。

【０２９０】この場合、平面鏡８６からの反射光１１６
の変位Ｈ₁ ′及び射出光線１１８の変位Ｈ₂ ′は、図中
βで示す角度によって決まり、 Ｈ₁ ′＝Ｙ_b ｓｉｎ（０．５β）ｓｉｎβ｛ｃｏｓ
（０．５β）｝^-1 Ｈ₂ ′＝Ｙ_b ｓｉｎ（０．５β）ｓｉｎβ｛ｃｏｓ
（０．５β）｝^-1γ₂ ^-1 なる関係を満足する。

【０２９１】従って、例えば、β＝３０°、γ₂ ＝０．
５の場合、Ｈ₂ ′＝０．２６８Ｙ_bとなり、この場合、
浮動光軸ＦＬから射出光線１１８までの高さは、 ０．２６８Ｙ_b −Ｙ_b ＝−０．７３２Ｙ_b となる。

【０２９２】これは、本実施の形態の浮動追従型光学系
が、平行移動追従条件を満足することに他ならない。

【０２９３】このように本実施の形態の浮動追従型光学
系は、浮動追従条件を満足することができるため、上記
第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能とな
る。

【０２９４】更に、本実施の形態には、第１の実施の形
態に適用された第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ と等
価な光学素子として、１枚の平面鏡８６が用いられてい
るため、部品点数を減少させることが可能となり、この
結果、小型化と共に製造コストの低減を図ることが可能
となる。

【０２９５】なお、本実施の形態では、第２のアフォー
カル光学系ＡＦＣ₂ として単レンズ系を用いて説明した
が、実際には、レンズタイプやレンズ形態及びレンズ材
質に対応して各種の応用が可能且つ有効であることは、
上記第１の実施の形態と同様である。

【０２９６】また、本実施の形態において、第２のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ₂ として、例えば、図１１に示さ
れた第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ や、図１２に示
されたアフォーカル光学系ＡＦＣや、図１３に示された
第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ₂ を適用することも好
ましい。

【０２９７】特に、図１１の第２のアフォーカル光学系
ＡＦＣ₂ 又は図１３の第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ
₂ を本実施の形態に適用した場合には、光学系が反射光
学素子のみで構成されるので、第２の実施の形態と同様
の効果即ち色収差の解消と紫外線〜Ｘ線域での使用が可
能になるという利点がある。

【０２９８】次に、本発明の第８の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図２２を参照して説明する。

【０２９９】図２２に示すように、本実施の形態の浮動
追従型光学系は、入射光線１２０の進行方向に沿って配
置された第１ないし第４のホログラム素子１２２，１２
４，１２６，１２８と、第４のホログラム素子１２８の
射出側に配置されたピンホール板１３０とによって構成
されており、具体的には、第１及び第２のホログラム素
子１２２，１２４とピンホール板１３０とは、浮動系１
３２に属しており、且つ、第３及び第４のホログラム素
子１２６，１２８は、固定系１３４に属している。

【０３００】なお、図２２では、浮動光軸ＦＬと固定光
軸ＦＩＸとを互いに一致させて示している。

【０３０１】このような構成において、図示しない固定
系に設けられた光源から発光した入射光１２０は、第１
ないし第４のホログラム素子１２２，１２４，１２６，
１２８で順次回折された後、ピンホール板１３０のピン
ホール１３０ａから射出光線１３６となって射出され
る。

【０３０２】この場合、第１ないし第４のホログラム素
子１２２，１２４，１２６，１２８は、上述した式（Ｉ
−３）〜（Ｉ−５）即ち完全追従条件を満足するように
設計されていると共に、入射光線１２０の波長域に対し
て高回折効率となるように製作されている。

【０３０３】また、ピンホール板１３０は、そのピンホ
ール１３０ａが射出光線１３６の集光位置に整合するよ
うに、位置決めされている。

【０３０４】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０３０５】本実施の形態の浮動追従型光学系におい
て、第１ないし第４のホログラム素子１２２，１２４，
１２６，１２８から回折される回折光のうち、非回折光
である０次光は、不要な光であるため除去する必要があ
る。

【０３０６】そこで、本実施の形態には、第４のホログ
ラム素子１２８の射出側にピンホール板１３０が設けら
れている。

【０３０７】このような構成によれば、第１のホログラ
ム素子１２２から発生した０次光１３８、第２のホログ
ラム素子１２４から発生した０次光１４０、第３のホロ
グラム素子１２６から発生した０次光１４２、第４のホ
ログラム素子１２８から発生した０次光１４４は、その
殆どがピンホール板１３０によってカットされ、１次
（又は、必要次数）の回折光がピンホール１３０ａを通
過する。この結果、射出光線１３６は、必要次数の回折
光によって形成された光線となる。

【０３０８】このように本実施の形態によれば、完全追
従条件を満足する浮動追従型光学系を実現することがで
きるため、上記第６の実施の形態と同様の効果を得るこ
とが可能となる。

【０３０９】更に、本実施の形態の浮動追従型光学系
は、第１ないし第４のホログラム素子１２２，１２４，
１２６，１２８を用いて構成されているため、レーザー
光や輝線スペクトル光等の狭帯域波長光に対して、極め
て良好な結像特性を得ることができると共に、プラステ
ィックスモールド成形技術を用いることにより、量産時
においては極めて低いコストで製造することが可能にな
る。

【０３１０】なお、上記の第１ないし第４のホログラム
素子１２２，１２４，１２６，１２８としては、プラス
ティックスモールド成形品を用いる代わりに、例えば銀
塩感光材料や感光性プラスティックスにホログラムパタ
ーンを形成したホログラム素子を用いることも可能であ
る。

【０３１１】また、本実施の形態では透過型ホログラム
を用いたが、反射型ホログラムも同様に用いることがで
きる。

【０３１２】更に、本実施の形態の浮動追従型光学系
は、レンズミラー等の一般的な光学素子とホログラム素
子とを組み合わせて構成することも可能である。

【０３１３】次に、本発明の第９の実施の形態に係る浮
動追従型光学系について、図２３を参照して説明する。

【０３１４】図２３に示すように、本実施の形態浮動追
従型光学系は、浮動系１４６に属する第１のアフォーカ
ル光学系ＡＦＣ₁ と、固定系１４８に属する第２のアフ
ォーカル光学系ＡＦＣ₂ 及び絞り１５８とから構成され
ている。

【０３１５】第１のアフォーカル光学系ＡＦＣ₁ は、第
１及び第２のホログラム素子１５０，１５２によって構
成されており、また、第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ
₂ は、第３及び第４のホログラム素子１５４，１５６に
よって構成されている。

【０３１６】また、絞り１５８は、第４のホログラム素
子１５６の射出側に配置されており、所定径の開口１５
８ａが形成されている。

【０３１７】なお、図２３では、浮動光軸ＦＬと固定光
軸ＦＩＸとを互いに一致させて示している。

【０３１８】このような構成において、図示しない固定
系に設けられた光源から発光した入射光線１６０は、第
１ないし第４のホログラム素子１５０，１５２，１５
４，１５６で順次回折された後、絞り１５８の開口１５
８ａから射出光線１６２となって射出される。

【０３１９】この場合、第１及び第２のアフォーカル光
学系ＡＦＣ₁ ，ＡＦＣ₂ を構成する第１ないし第４のホ
ログラム素子１５０，１５２，１５４，１５６は、上述
した式（Ｉ−１）又は（Ｉ−２）を満足するように設計
されていると共に、入射光線１６０の波長域に対して高
回折効率となるように製作されている。

【０３２０】また、本実施の形態において、第４のホロ
グラム素子１５６は、射出光線１６２が図中上方に射出
されるような光学的特性が付加されており、１枚の球面
レンズと１個のプリズムの両機能を兼ねるように構成さ
れている。

【０３２１】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０３２２】第１及び第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ
₁ ，ＡＦＣ₂ が、上式（Ｉ−１）を満足する場合は、本
実施の形態の浮動追従型光学系は、傾き追従条件を満足
することになる。

【０３２３】第１及び第２のアフォーカル光学系ＡＦＣ
₁ ，ＡＦＣ₂ が、上式（Ｉ−２）を満足する場合は、本
実施の形態の浮動追従型光学系は、平行移動追従条件を
満足することになる。

【０３２４】このような構成において、第１及び第３の
ホログラム素子１５０，１５４から発生した非回折光で
ある０次光１６４と、第４のホログラム素子１５６から
発生した非回折光である０次光１６６とは、第４のホロ
グラム素子１５６から射出される射出光線１６２とは別
方向に分離されて射出される。

【０３２５】また、第２のホログラム素子１５２から発
生した非回折光である０次光１６８は、絞り１５８によ
って遮光されており、射出光線１６２の光路中への進入
が防止されている。

【０３２６】本実施の形態の浮動追従型光学系が、傾き
追従条件を満足する場合には、浮動系１４６が固定系１
４８に対して傾いて、常に、この傾きと同じ傾きを有す
る出射光線１６２を得ることが可能となる。

【０３２７】また、本実施の形態の浮動追従型光学系
が、平行移動追従条件を満足する場合には、浮動系１４
６が固定系１４８に対して平行移動しても、常に、この
平行移動と同様に平行移動する射出光線１６２を得るこ
とが可能となる。

【０３２８】更に、本実施の形態には、第１ないし第４
のホログラム素子１５０，１５２，１５４，１５６が用
いられているため、上記第８の実施の形態と同様の効果
を得ることが可能となる。

【０３２９】なお、本実施の形態の浮動追従型光学系を
例えば第５の実施の形態に示したような４個以上のアフ
ォーカル光学系によって構成した場合でも、完全追従条
件を満足することは言うまでもない。

【０３３０】次に、本発明の第１０の実施の形態に係る
浮動追従型光学系について、図２４を参照して説明す
る。

【０３３１】図２４（ａ）に示すように、本実施の形態
の浮動追従型光学系は、入射光線の進行方向に沿って配
置された第１及び第２の浮動追従型光学系１７０，１７
２によって構成されており、第１の浮動追従型光学系１
７０には、第１ないし第４のアフォーカル系１７４，１
７６、１７８、１８０が設けられており、第２の浮動追
従型光学系１７２には、第５ないし第８のアフォーカル
系１８２，１８４，１８６，１８８が設けられている。

【０３３２】具体的には、第１，第３，第６及び第８の
アフォーカル系１７４，１７８，１８４，１８８は、第
１の浮動系１９０に属しており、また、第５及び第７の
アフォーカル系１８２，１８６は、第２の浮動系１９２
に属しており、また、第２及び第４のアフォーカル系１
７６，１８０は、固定系１９４に属している。

【０３３３】なお、図２４（ａ）では、固定光軸ＦＩ
Ｘ、第１の浮動光軸ＦＬ₁ 及び第２の浮動光軸ＦＬ₂ と
を互いに一致させて示している。

【０３３４】このような構成において、図示しない固定
系に設けられた光源から固定光軸ＦＩＸに一致して入射
した入射光線１９６は、第１の浮動追従型光学系１７０
を介して光線１９８となった後、第２の浮動追従型光学
系１７２から射出光線２００となって射出される。

【０３３５】この場合、入射光線１９６、光線１９８及
び射出光線２００は、固定光軸ＦＩＸ、第１の浮動光軸
ＦＬ₁ 及び第２の浮動光軸ＦＬ₂ と一致している。

【０３３６】また、第１及び第２の浮動追従型光学系１
７０，１７２は、上述した式（Ｉ−１）及び式（Ｉ−
２）を満足すると共に、上記第５の実施の形態と同様
に、完全追従条件を満足すように設計されている。

【０３３７】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０３３８】本実施の形態の浮動追従型光学系におい
て、図２４（ｂ）に示すように、固定系１９４と第１の
浮動系１９０との間、及び、第１の浮動系１９０と第２
の浮動系１９２との間で、傾き変位や平行移動変位が生
じた場合を考える。

【０３３９】第１及び第２の浮動追従型光学系１７０，
１７２は、完全追従条件を満足するため、固定光軸ＦＩ
Ｘに沿って入射光線１９６が第１の浮動追従型光学系１
７０に入射すると、この第１の浮動追従型光学系１７０
から射出した光線１９８は、第１の浮動光軸ＦＬ₁ と一
致した状態で第２の浮動追従型光学系１７２に入射す
る。そして、第２の浮動追従型光学系１７２から射出す
る射出光線２００は、第２の浮動光軸ＦＬ₂ と一致した
状態で射出されることになる。

【０３４０】このように本実施の形態によれば、完全追
従条件を満足する第１及び第２の浮動追従型光学系１７
０，１７２によって、３つの系（即ち、固定系１９４と
第１及び第２の浮動系１９０，１９２）を光学的に接続
しているため、これら３つの系が相対的に変位しても、
光軸ずれを起こすこと無く３つの系を光学的に接続する
ことが可能となる。

【０３４１】また、本実施の形態では、２組の浮動追従
型光学系を用いたが、必要に応じて任意の個数の浮動追
従型光学系を用いて、任意の数の系を光学的に接続する
ように構成することも可能である。即ち、Ｋ組の浮動追
従型光学系を用いれば、最大〔Ｋ＋１〕個の相対的に変
位する系を光学的に接続することが可能となる。

【０３４２】なお、使用する浮動追従型光学系として
は、完全追従条件を満足するものに限られるものではな
く、必要とする機能に応じて平行移動追従条件をするも
のや、傾き追従条件するものを用いることも可能であ
る。

【０３４３】また、アフォーカル系として第２及び第３
の実施の形態に示した反射鏡を用いたり、あるいは、第
６の実施の形態に示したアフォーカル系を用いないで構
成した浮動追従型光学系も適用可能である。

【０３４４】更に、光学系として用いるレンズタイプや
レンズ形態及びレンズ材質に関して各種の応用が可能且
つ有効であることは、上記第１の実施の形態と同様であ
る。次に、本発明の第１１の実施の形態に係る浮動追従
型光学系について、図２５を参照して説明する。

【０３４５】図２５には、本実施の形態の浮動追従型光
学系２４０が適用されたレーザー走査型顕微鏡の構成が
示されている。

【０３４６】図２５に示すように、本実施の形態に適用
されたレーザー走査型顕微鏡は、固定台２０２上に固定
された水冷式レーザー発振器２０４を有する固定系２０
６と、除振台２０８上に取り付けられた光学顕微鏡本体
２１０を有する浮動系２１２とを備えており、本実施の
形態の浮動追従型光学系２４０は、固定系２０６と浮動
系２１２とを光学的に接続するように、固定系２０６と
浮動系２１２との間に配置されている。

【０３４７】固定系２０６に属する水冷式レーザー発振
器２０４には、電源装置２１４が接続されており、この
電源装置２１４から水冷式レーザー発振器２０４に電力
が供給されるように構成されている。また、水冷式レー
ザー発振器２０４には、２本のパイプ２１６，２１８を
介して熱交換器２２０が接続されており、水冷式レーザ
ー発振器２０４に対して冷却水（図示しない）が循環す
るように構成されている。

【０３４８】浮動系２１２に属する光学顕微鏡本体２１
０には、所定の試料（図示しない）が載置可能な試料台
２２２と、この試料台２２２上の試料を観察可能な鏡筒
２２４とが設けられている。また、光学顕微鏡本体２１
０には、光検出器及び光学スキャナ（いずれも図示しな
い）を内蔵したレーザースキャンユニット２２６が接続
されており、光学顕微鏡本体２１０とレーザースキャン
ユニット２２６とは、リレーレンズ２２８によって光学
的に接続されている。

【０３４９】このような浮動系２１２は、図中座標軸
（ｘ，ｙ，ｚ）回りにθｚ，θｘ，θｙ方向の自由度を
有している。

【０３５０】また、本実施の形態の浮動追従型光学系２
４０は、水冷式レーザー発振器２０４から発振されたレ
ーザー光２３０を浮動系２１２方向に導光させるよう
に、レーザー光２３０の進行方向に沿って配置された第
１ないし第４のアフォーカル系２３２，２３４，２３
６，２３８によって構成されており、具体的には、第１
及び第３のアフォーカル系２３２，２３６は、浮動系２
１２に属する除振台２０８に固定されており、第２及び
第４のアフォーカル系２３４，２３８は、固定系２０６
に属する固定台２０２に固定されている。

【０３５１】この場合、浮動追従型光学系２４０は、上
述した式（Ｉ−１）及び式（Ｉ−２）を満足すると共
に、上記第５の実施の形態と同様に、完全追従条件を満
足するように設計されている。また、水冷式レーザー発
振器２０４は、例えば紫外域を含むマルチラインアルゴ
ンイオンレーザであり、この場合、レーザー光２３０
は、波長３５１〜３６４ｎｍの紫外域、４８８ｎｍのブ
ルーライン、及び、５１４．５ｎｍのグリーンラインを
有している。このため、本実施の形態の浮動追従型光学
系２４０は、これらの波長域に対して充分な収差補正が
施されている。

【０３５２】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０３５３】水冷式レーザー発振器２０４から発振した
レーザー光２３０は、固定台２０２に取り付けられた一
対の平面鏡２４２，２４４を介して浮動追従型光学系２
４０に入射する。

【０３５４】このとき、浮動追従型光学系２４０を通過
したレーザー光２３０は、除振台２０８に取り付けられ
た平面鏡２４６から反射した後、除振台２０８上のアフ
ォ―カル系２４８を介してレーザースキャンユニット２
２６に入射する。なお、アフォ―カル系２４８を通過し
たレーザー光２３０は、光学顕微鏡本体２１０の光学系
に合致したビーム径に較正されている。

【０３５５】レーザースキャンユニット２２６に入射し
たレーザー光２３０は、リレーレンズ２２８を介して光
学顕微鏡本体２１０に導光された後、試料台２２２上の
試料に照射される。

【０３５６】このとき、試料からの反射光又は蛍光は、
照明光路を逆進した後、レーザースキャンユニット２２
６の光検出器によって検出され、画像信号として出力さ
れることになる。

【０３５７】この場合、本実施の形態において、固定系
２０６と浮動系２１２とは、完全追従条件を満足する浮
動追従型光学系２４０によって光学的に接続されている
ため、除振台２０８が固定台２０２に対して変位した場
合でも、レーザー光２３０が、レーザースキャンユニッ
ト２２６に対して入射する位置及び方向は、常に一定に
維持される。この結果、レーザー走査型顕微鏡の光学性
能には、何等影響を受けることはない。

【０３５８】また、本実施の形態によれば、水冷式レー
ザー発振器２０４と光学顕微鏡本体２１０とが別個独立
して配置されており、且つ、光学顕微鏡本体２１０は、
浮動系２１２に属する除振台２０８上に取り付けられて
いるため、熱交換器２２０から２本のパイプ２１６，２
１８を介して水冷式レーザー発振器２０４から発生した
冷却水の振動が、光学顕微鏡本体２１０に伝わることは
ない。従って、例えばマイクロマニピュレーションを用
いた実験であって振動を極端に嫌う実験を行う場合に
も、振動による影響を受けることはない。

【０３５９】なお、本実施の形態では、水冷式レーザー
発振器２０４として紫外域を含むマルチラインアルゴン
イオンレーザを適用したが、これに限定されることはな
く、例えば、波長域として赤外域を含むレーザ、又は、
発振タイプとしてシングルラインレーザ、気体レーザ
（ヘリウム−ネオンレーザ，クリプトン−アルゴンレー
ザ）、あるいは、気体レーザ以外のレーザとして各種固
体レーザや色素レーザ、そして、これらレーザの冷却方
法として空冷式レーザ等を適用することが可能である。

【０３６０】また、本実施の形態に適用された水冷式レ
ーザー発振器２０４と光学顕微鏡本体２１０とを、夫々
別々の除振台上に設置して、これらを浮動追従型光学系
２４０で光学的に接続してもよい。この場合、水冷式レ
ーザー発振器２０４から光学顕微鏡本体２１０に伝わる
振動を完全に遮断することが可能となる。

【０３６１】更に、本実施の形態に用いる浮動追従型光
学系としては、完全追従条件を満足する光学系に限定さ
れることはなく、必要とする機能に応じて平行移動追従
条件を満足する光学系や、傾き追従条件を満足する光学
系を適用することも可能である。なお、傾き追従条件を
満足する光学系を用いた場合には、光軸の平行移動方向
のズレによって顕微鏡の照明性能が劣化しないように、
ズレの範囲をカバーするだけの大きなビ―ム径のレーザ
ー光源を用いることが好ましい。

【０３６２】また、本実施の形態に用いる浮動追従型光
学系としては、第２及び第３の実施の形態に適用した反
射光学系によって構成される光学系や、第６の実施の形
態に適用したアフォーカル系を用いない光学系を適用す
ることも可能である。

【０３６３】更に、本実施の形態に適用される光学系と
しては、レンズタイプやレンズ形態及びレンズ材質に対
応して各種の応用が可能且つ有効であることは、上記第
１の実施の形態と同様である。

【０３６４】また、本実施の形態に適用されたアフォー
カル系２４８は、水冷式レーザー発振器２０４と浮動追
従型光学系２４０との間の固定台２０２上に、あるい
は、水冷式レーザー発振器２０４と浮動追従型光学系２
４０との間及び浮動追従型光学系２４０とレーザースキ
ャンユニット２２６との間の双方に配置してもよい。な
お、アフォーカル系２４８は、必ずしも必要ではない。

【０３６５】次に、本発明の第１２の実施の形態に係る
浮動追従型光学系について、図２６を参照して説明す
る。

【０３６６】図２６には、本実施の形態の浮動追従型光
学系２７８が適用された縮小投影型半導体露光装置の構
成が示されている。

【０３６７】図２６に示すように、本実施の形態に適用
された縮小投影型半導体露光装置は、照明光源装置２５
０が固定された固定系２５２と、照明光源装置２５０か
ら出射された照明光２５４によって、ｘｙｚθステージ
２５６上のウェハ２５８をパターン照明する半導体用露
光装置本体２６０が取り付けられた浮動系２６２とを備
えており、本実施の形態の浮動追従型光学系２７８は、
照明光源装置２５０と半導体用露光装置本体２６０とを
光学的に接続するように、固定系２５２と浮動系２６２
との間に配置されている。

【０３６８】浮動系２６２は、固定系２５２上にバネ２
６４を介して支持された除振台２６６を備えており、半
導体用露光装置本体２６０及びｘｙｚθステージ２５６
は、除振台２６６上に載置されている。

【０３６９】このような浮動系２６２は、図中座標軸
（ｘ，ｙ，ｚ）回りにθｚ，θｘ，θｙ方向の自由度を
有している。

【０３７０】また、本実施の形態の浮動追従型光学系２
７８は、照明光源装置２５０と半導体用露光装置本体２
６０の入射部に設けられた複眼レンズ２６８とを光学的
に接続するように、照明光源装置２５０から出射された
照明光２５４の進行方向に沿って配置された第１ないし
第４のアフォーカル系２７０，２７２，２７４，２７６
によって構成されており、具体的には、第１及び第３の
アフォーカル系２７０，２７４は、浮動系２６２に属す
る除振台２６６に固定されており、第２及び第４のアフ
ォーカル系２７２，２７６は、固定系２５２に固定され
ている。

【０３７１】なお、本実施の形態に適用された照明光源
装置２５０は、例えばエキシマレーザが使用される。

【０３７２】また、本実施の形態において、照明光源装
置２５０からの照明光の光束径を半導体用露光装置本体
２６０の光学系に合致させるように、例えば照明光源装
置２５０と浮動追従型光学系２７８との間に照明光源装
置２５０に固定されたアフォーカル系を設けたり、又
は、例えば浮動追従型光学系２７８と複眼レンズ２６８
との間に除振台２６６に固定されたアフォーカル系を設
けることが好ましい。更に、上記２つのアフォーカル系
を共に設けることも好ましい。

【０３７３】この場合、浮動追従型光学系２７８は、上
述した式（Ｉ−１）及び式（Ｉ−２）を満足すると共
に、上記第５の実施の形態と同様に、完全追従条件を満
足するように設計されている。

【０３７４】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０３７５】照明光源装置２５０から浮動追従型光学系
２７８を介して伝波された照明光２５４は、複眼レンズ
２６８によって半導体用露光装置本体２６０内に取り込
まれた後、３個のミラー２８０，２８２，２８４を介し
てコンデンサレンズ２８６まで伝波される。

【０３７６】コンデンサレンズ２８６に伝波された照明
光２５４は、マスク２８８から投影レンズ２９０を介し
てｘｙｚθステージ２５６上のウェハ２５８に照射され
る。このとき、ウェハ２５８上には、マスク２８８のパ
ターンが縮小されて投影されることになる。

【０３７７】この場合、本実施の形態において、照明光
源装置２５０と半導体用露光装置本体２６０とは、完全
追従条件を満足する浮動追従型光学系２７８によって光
学的に接続されているため、除振台２６６が固定系２５
２に対して変位して半導体用露光装置本体２６０が変位
した場合でも、照明光２５４が、複眼レンズ２６８に対
して入射する位置及び方向は、常に一定に維持される。
具体的には、ｘｙｚθステージ２５６の動作に伴う重心
移動によって、半導体用露光装置本体２６０が変位した
場合でも、照明光２５４が複眼レンズ２６８に対して入
射する位置及び方向は、常に一定に維持されるため、ウ
ェハ２５８上での照明むらの発生を防止できると共に、
照明光２５４を効率よくウェハ２５８上に照射させるこ
とができる。

【０３７８】また、本実施の形態によれば、照明光源装
置２５０と半導体用露光装置本体２６０とが別個独立し
て配置されており、且つ、半導体用露光装置本体２６０
は、浮動系２６２に属する除振台２６６上に取り付けら
れているため、照明光源装置２５０から発生した振動や
その他外部から固定系２５２に伝わる振動が、半導体用
露光装置本体２６０に伝達されることはない。従って、
ｘｙｚθステージ２５６の機械的位置決め精度やマスク
２８８のパターンをウェハ２５８上へ縮小投影する位置
精度等が、外部からの振動によって損なわれることはな
い。

【０３７９】なお、本実施の形態では、照明光源装置と
してエキシマレーザを用いたが、これに限定されること
はなく、例えばシンクロトロン放射光（ＳＯＲ）を用い
ても上記同様の効果を奏する。なお、この場合、紫外線
域からＸ線域の照明光を得ることが可能となる。

【０３８０】また、半導体用露光装置本体２６０と照明
光源装置２５０とを夫々別々の除振台上に設置して、こ
れらを浮動追従型光学系２７８で光学的に接続してもよ
い。この場合、照明光源装置２５０から半導体用露光装
置本体２６０に伝わる振動を完全に遮断することが可能
となる。

【０３８１】また、本実施の形態に用いる浮動追従型光
学系としては、完全追従条件を満足する光学系に限定さ
れることはなく、例えば、必要とする機能に応じて平行
移動追従条件を満足する光学系や、傾き追従条件を満足
する光学系を用いることも可能である。なお、傾き追従
条件を満足する光学系を用いた場合には、光源側のビ―
ム径を大きめにすることが望ましい点は、上記第１１の
実施の形態と同様である。

【０３８２】また、本実施の形態に用いる浮動追従型光
学系としては、第２及び第３の実施の形態に適用した反
射光学系によって構成される光学系や、第６の実施の形
態に適用したアフォーカル系を用いない光学系を適用す
ることも可能である。

【０３８３】更に、本実施の形態に適用される光学系と
しては、レンズタイプやレンズ形態及びレンズ材質に対
応して各種の応用が可能且つ有効であることは、上記第
１の実施の形態と同様である。

【０３８４】次に、本発明の第１３の実施の形態に係る
浮動追従型光学系について、図２７を参照して説明す
る。

【０３８５】図２７には、本実施の形態の浮動追従型光
学系３２０が適用された等倍投影型半導体露光装置の構
成が示されている。

【０３８６】図２７に示すように、本実施の形態に適用
された等倍投影型半導体露光装置は、図示しない照明光
源装置が配置された固定系２９２と、照明光源装置から
出射された照明光２９４によってウェハステージ２９６
上のウェハ２９８をパターン照明する半導体用露光装置
本体３００が取り付けられた浮動系３０２とを備えてお
り、本実施の形態の浮動追従型光学系３２０は、図示し
ない照明光源装置と半導体用露光装置本体３００と光学
的に接続するように、固定系２９２と浮動系３０２との
間に配置されている。なお、照明光源装置には、例えば
シンクロトロン放射光（ＳＯＲ）等が使用される。

【０３８７】浮動系３０２は、固定系２９２上にバネ３
０４を介して支持された除振台３０６を備えており、半
導体用露光装置本体３００は、除振台３０６上に載置さ
れている。

【０３８８】このような浮動系３０２は、図中座標軸
（ｘ，ｙ，ｚ）回りにθｚ，θｘ，θｙ方向の自由度を
有している。

【０３８９】また、本実施の形態の浮動追従型光学系３
２０は、図示しない照明光源装置と半導体用露光装置本
体３００とを光学的に接続するように、照明光２９４の
進行方向に沿って配置された第１及び第２のアフォーカ
ル系３０８，３１０によって構成されており、第１のア
フォーカル系３０８は、浮動系３０２に属し、且つ、第
２のアフォーカル系３１０は、固定系２９２に属する。

【０３９０】第１のアフォーカル系３０８は、照明光２
９４を通過させる開口３１２ａが形成された第１の凹面
鏡３１２と、この第１の凹面鏡３１２の開口３１２ａを
通過した照明光２９４を第１の凹面鏡３１２方向に反射
させると共に第１の凹面鏡３１２から反射した光を通過
させる開口３１４ａが形成された第２の凹面鏡３１４と
を備えている。そして、第１及び第２の凹面鏡３１２，
３１４は、浮動系３０２に属する除振台３０６に固定さ
れている。

【０３９１】第２のアフォーカル系３１０は、第２の凹
面鏡３１４の開口３１４ａを通過した光を通過させる開
口３１６ａが形成された第３の凹面鏡３１６と、この第
３の凹面鏡３１６の開口３１６ａを通過した光を第３の
凹面鏡３１６方向へ反射させる凸面鏡３１８とを備えて
いる。そして、第３の凹面鏡３１６及び凸面鏡３１８
は、固定系２９２に固定されている。

【０３９２】この場合、浮動追従型光学系３２０は、上
述した式（Ｉ−１）即ち傾き追従条件を満足するように
設計されている。

【０３９３】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０３９４】図示しない照明光源装置から出射した照明
光を第１のアフォーカル系３０８に照射したとき、第１
の凹面鏡３１２に照射された照明光のうち、第１の凹面
鏡３１２の開口３１２ａから入射した照明光２９４は、
第２の凹面鏡３１４の反射面３１４ｂから反射した後、
第１の凹面鏡３１２の反射面３１２ｂに照射される。こ
のとき、第１の凹面鏡３１２の反射面３１２ｂから反射
した光は、第２の凹面鏡３１４の開口３１４ａを通過し
た後、第２のアフォーカル系３１０方向に射出される。

【０３９５】第２の凹面鏡３１４の開口３１４ａを通過
して第２のアフォーカル系３１０に射出された光は、第
３の凹面鏡３１６の開口３１６ａを通過した後、凸面鏡
３１８の反射面３１８ａに照射される。

【０３９６】凸面鏡３１８の反射面３１８ａに照射され
た光は、この反射面３１８ａから反射した後、第３の凹
面鏡３１６の反射面３１６ｂから反射することによっ
て、射出光３２２となって、第２のアフォーカル系３１
０から射出される。

【０３９７】第２のアフォーカル系３１０から射出され
た射出光３２２は、続いて、除振台３０６上に載置され
ている半導体用露光装置本体３００に伝波される。

【０３９８】半導体用露光装置本体３００に伝波された
射出光３２２は、図中の座標軸（ｙ，ｚ）方向に位置制
御されているマスクステージ３２４に形成された開口３
２４ａを通過した後、この開口３２４ａ出射側に設けら
れたマスク３２６を介してウェハステージ２９６上のウ
ェハ２９８に照射される。なお、ウェハステージ２９６
は、ウェハステージ保持部材３２８によって除振台３０
６上に支持されており、図中の座標軸（ｙ，ｚ）方向に
位置制御されている。

【０３９９】この場合、ウェハ上２９８には、マスク３
２６に形成されたパターンが等倍投影されることにな
る。

【０４００】このように本実施の形態において、図示し
ない照明光源装置と半導体用露光装置本体３００とは、
傾き追従条件を満足する浮動追従型光学系３２０によっ
て光学的に接続されているため、除振台３０６が固定系
２９２に対して変位して半導体用露光装置本体３００が
変位した場合でも、射出光３２２が、マスク３２６及び
ウェハ２９８に対して入射する方向は、常に一定に維持
される。具体的には、マスクステージ３２４やウェハス
テージ２９６の動作に伴う重心移動によって、半導体用
露光装置本体３００が変位した場合でも、射出光３２２
がマスク３２６及びウェハ２９８に対して入射する方向
は、常に一定に維持されるため、ウェハ２９８上にサブ
ミクロンオーダの微細なマスクパターンを高精度に等倍
投影させることが可能となる。

【０４０１】また、本実施の形態によれば、半導体用露
光装置本体３００は、浮動系３０２上に取り付けられて
いるため、外部から固定系２９２に伝わる振動が、半導
体用露光装置本体３００に伝達されることはない。従っ
て、マスクステージ３２４やウェハステージ２９６の機
械的位置決め精度、即ちマスク３２６のパターンをウェ
ハ２９８へ等倍投影する位置精度が、外部からの振動に
よって損なわれることはない。

【０４０２】なお、本実施の形態では、照明光源装置と
してシンクロトロン放射光（ＳＯＲ）を用いたが、これ
に限定されることはなく、例えばエキシマレーザを用い
ても上記同様の効果を奏する。

【０４０３】また、照明光源装置が振動源である場合
は、半導体用露光装置本体３００と照明光源装置とを夫
々別々の除振台上に設置して、これらを浮動追従型光学
系３２０で光学的に接続してもよい。この場合、照明光
源装置から半導体用露光装置本体３００に伝わる振動を
完全に遮断することが可能となる。

【０４０４】また、本実施の形態に用いる浮動追従型光
学系としては、傾き条件を満足する光学系に限定される
ことはなく、必要とする機能に応じて平行移動追従条件
を満足する光学系や、完全追従条件を満足する光学系を
用いることも可能である。

【０４０５】また、本実施の形態に用いる浮動追従型光
学系としては、使用する照明光の波長域がＸ線である場
合には、本実施の形態のように反射光学系のみによって
構成することも有効であるが、近紫外域以上の波長域を
有する照明光を使用する場合は、第１及び第５の実施の
形態に示したレンズ光学系を用いることが好ましい。更
に、本実施の形態に用いる浮動追従型光学系としては、
第６の実施の形態に示したアフォーカル系を用いない浮
動追従型光学系も適用可能である。

【０４０６】また、本実施の形態に適用される光学系と
しては、レンズタイプやレンズ形態及びレンズ材質に対
応して各種の応用が可能且つ有効であることは、上記第
１の実施の形態と同様である。

【０４０７】次に、本発明の第１４の実施の形態に係る
浮動追従型光学系について、図２８を参照して説明す
る。

【０４０８】図２８には、本実施の形態の浮動追従型光
学系３５８が適用されたレーザー測長装置の構成が示さ
れている。

【０４０９】なお、本実施の形態に適用されたレーザー
測長装置は、浮動系３４０と別個独立して配置されたレ
ーザー測長器３３０によって、除振台３４８上の測定対
象物の変位を測定するように構成されている。

【０４１０】図２８に示すように、本実施の形態に適用
されたレーザー測長装置は、図示しないゼーマンレーザ
ー発振器を内蔵したレーザー測長ヘッド３３０及び真空
チャンバ３３２が配置された固定系３３４と、真空チャ
ンバ３３２内に設けられており、レーザー測長ヘッド３
３０から出射したレーザー光３３６によって所定の干渉
光３６２を発生させる干渉光学系３３８を搭載した浮動
系３４０とを備えており、本実施の形態の浮動追従型光
学系３５８は、レーザー測長ヘッド３３０と干渉光学系
３３８とを光学的に接続するように、レーザー測長ヘッ
ド３３０と干渉光学系３３８との間に配置されている。

【０４１１】レーザー測長ヘッド３３０は、固定台３４
２を介して固定系３３４上に固定されている。また、真
空チャンバ３３２は、固定系３３４上に固定されてお
り、レーザー測長ヘッド３３０からのレーザー光３３６
及び干渉光学系３３８からの干渉光３６２を透過可能な
ガラス窓３４４を備えている。

【０４１２】浮動系３４０は、固定系３３４上にバネ３
４６を介して支持された除振台３４８を備えており、干
渉光学系３３８は、除振台３４８上に載置されている。

【０４１３】このような浮動系３４０は、図中座標軸
（ｘ，ｙ，ｚ）回りにθｚ，θｘ，θｙ方向の自由度を
有している。

【０４１４】また、本実施の形態の浮動追従型光学系３
５８は、レーザー測長ヘッド３３０と干渉光学系３３８
とを光学的に接続するように、固定系３３４上に固定さ
れたアフォーカル系３５０と、除振台３４８に取り付け
らた平面鏡３５２とを備えており、アフォーカル系３５
０には、互いに対向配置された凹面鏡３５４と両凸レン
ズ３５６とが設けられている。

【０４１５】このような浮動追従型光学系３５８によれ
ば、レーザー測長ヘッド３３０から出射されたレーザー
光３３６は、ガラス窓３４４を透過して真空チャンバ３
３２内に入射した後、平面鏡３５２から反射して、再
び、ガラス窓３４４を透過して真空チャンバ３３２外に
射出される。

【０４１６】真空チャンバ３３２外に射出されたレーザ
ー光３３６は、凹面鏡３５４から反射した後、両凸レン
ズ３５６によって、再び、ガラス窓３４４を透過して真
空チャンバ３３２内に伝波される。

【０４１７】真空チャンバ３３２内に伝波されたレーザ
ー光３３６は、この後、入射光線３６０となって、除振
台３４８上の干渉光学系３３８に入射する。

【０４１８】干渉光学系３３８に入射した入射光線３６
０は、干渉光学系３３８によって所定の干渉光３６２に
変換された後、ガラス窓３４４を透過して真空チャンバ
３３２外へ射出される。

【０４１９】真空チャンバ３３２外へ射出した干渉光３
６２は、両凸レンズ３５６を透過した後、凹面鏡３５４
によって、ガラス窓３４４を透過して真空チャンバ３３
２内に伝波される。

【０４２０】真空チャンバ３３２内に伝波された干渉光
３６２は、平面鏡３５２からガラス窓３４４を介して真
空チャンバ３３２外へ射出された後、射出光線３６４と
なって、レーザー測長ヘッド３３０に入射する。

【０４２１】そして、レーザー測長ヘッド３３０によっ
て、射出光線３６４の光学的特性を検出することによっ
て、測定対象物の変位が測定されることになる。

【０４２２】なお、このような浮動追従型光学系３５８
において、凹面鏡３５４と平面鏡３５２との間を伝波さ
れるレーザー光３３６及び干渉光３６２は、両凸レンズ
３５６に形成された切欠部３５６ａを通過するように構
成されている。

【０４２３】また、浮動系３４０に属する除振台３４８
上の干渉光学系３３８は、上記入射光線３６０を２つに
分割する偏光ビームスプリッタ３６６及びこの偏光ビー
ムスプリッタ３６６から反射した反射光を再び偏光ビー
ムスプリッタ３６６へ反射する第１のコーナーキューブ
プリズム３６８から成る干渉計３７０と、偏光ビームス
プリッタ３６６を透過した透過光を再び偏光ビームスプ
リッタ３６６へ反射する第２のコーナーキューブプリズ
ム３７２とを備えている。

【０４２４】干渉計３７０は、除振台３４８上に固定さ
れており、また、第２のコーナーキューブプリズム３７
２は、除振台２４８上に載置されたＸステージ３７４上
に搭載されている。

【０４２５】この場合、浮動追従型光学系３５８を構成
しているアフォーカル系３５０は、その角倍率が０．５
であって、且つ、傾き追従条件を満足するように設計さ
れている。

【０４２６】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０４２７】レーザー測長ヘッド３３０から出射された
レーザー光３３６は、浮動追従型光学系３５８を経由し
た後、入射光線３６０となって、偏光ビームスプリッタ
３６６に入射する。

【０４２８】この偏光ビームスプリッタ３６６から反射
した反射光は、第１のコーナーキューブプリズム３６８
を経由した後、参照光３７６となって、再び偏光ビーム
スプリッタ３６６に入射する。

【０４２９】一方、偏光ビームスプリッタ３６６を透過
した透過光は、第２のコーナーキューブプリズム３７２
を経由した後、物体光３７８となって、再び偏光ビーム
スプリッタ３６６に入射する。

【０４３０】このとき、参照光３７６と物体光３７８と
が干渉することによって生じた干渉光３６２は、浮動追
従型光学系３５８を経由した後、射出光線３６４となっ
て、レーザー測長ヘッド３３０に入射する。

【０４３１】そして、レーザー測長ヘッド３３０によっ
て、射出光線３６４の光学的特性を検出することによっ
て、測定対象物即ちＸステージ３７４の変位が測定され
ることになる。

【０４３２】このように本実施の形態において、レーザ
ー測長ヘッド３３０と干渉光学系３３８とは、傾き追従
条件を満足する浮動追従型光学系３５８によって光学的
に接続されているため、除振台３４８が固定系３３４に
対して傾斜変位した場合でも、入射光線３６０が干渉計
３７０に対して入射する方向は、常に一定に維持される
と共に、射出光線３６４がレーザー測長器ヘッド３３０
に対して入射する方向も、常に一定に維持される。

【０４３３】また、本実施の形態によれば、浮動系３４
０上の構成全体を真空チャンバ３３２内に隔離したこと
により、大気圧による影響を受けることなく、除振台３
４８上に設置したＸステージ３７４の変位を極めて高精
度に測定することが可能となる。

【０４３４】また、本実施の形態の構成は、例えば、走
査型トンネル顕微鏡や走査型原子間力顕微鏡等のいわゆ
る走査型プローブ顕微鏡に適用する際に特に有効であ
る。なぜなら、走査型プロ―ブ顕微鏡において、原子レ
ベルの微細な表面形状を高精度に観察して測定するため
に、プローブ及び測定試料を真空中に置くと共に試料台
の位置をレーザー測長器で測定する場合があるからであ
る。

【０４３５】具体的には、本実施の形態の構成全体を大
型の除振台上に設置すると共に、Ｘステージ３７４を試
料台とし、また、除振台３４８上にプロ―ブや関連機構
を設置することによって、Ｘステージ３７４上の測定試
料を高精度に観察して測定することが可能な走査型プロ
―ブ顕微鏡を実現することが可能となる。

【０４３６】なお、本実施の形態では、レーザー測長ヘ
ッド３３０内にゼーマンレーザー発振器を内蔵したが、
これに限定されることはなく、例えば気体レーザー発振
器や半導体レーザー発振器等を内蔵させてもよい。ま
た、第１及び第２のコーナーキューブプリズム３６８，
３７２としては、例えばキャッツアイを用いてもよい。
また、本実施の形態に適用された干渉光学系３３８に
は、シングルパス方式が適用されているが、ダブルパス
方式を適用してもよい。

【０４３７】なお、真空チャンバ３３２は、必ずしも必
要ではない。また、真空チャンバ３３２及びガラス窓３
４４がない場合は、浮動追従型光学系として、例えば、
第１〜第３及び第５〜第９の実施の形態に示すような浮
動追従型光学系を用いてもよい。

【０４３８】更に、本実施の形態に適用される光学系と
しては、レンズタイプやレンズ形態及びレンズ材質に対
応して各種の応用が可能且つ有効であることは、上記第
１の実施の形態と同様である。

【０４３９】次に、本発明の第１５の実施の形態に係る
浮動追従型光学系について、図２９を参照して説明す
る。

【０４４０】図２９には、本実施の形態の浮動追従型光
学系３９４が適用されたレーザー走査型顕微鏡の構成が
示されている。なお、本実施の形態の説明に際し、第１
１の実施の形態（図２５参照）と同一の構成には、同一
符号を付して、その説明を省略する。

【０４４１】図２９に示すように、本実施の形態に適用
されたレーザー走査型顕微鏡は、レーザー発振ユニット
と、鏡筒２２４が取り付けられた光学顕微鏡本体２１０
と、光検出器及び光学スキャナ（いずれも図示しない）
を内蔵したレーザースキャンユニット２２６とを備えて
おり、本実施の形態の浮動追従型光学系３９４は、レー
ザー発振ユニットとレーザースキャンユニット２２６と
を光学的に接続するように配置されている。なお、光学
顕微鏡本体２１０とレーザースキャンユニット２２６と
は、リレーレンズ２２８によって光学的に接続されてい
る。

【０４４２】レーザー発振ユニットは、レーザー発振器
３８０と、このレーザー発振器３８０を定盤３８２上に
固定する固定板３８４と、後述する第２のアフォーカル
系３８６とを備えている。なお、固定板３８４は、ネジ
３８８によって定盤３８２上に締着されている。

【０４４３】浮動追従型光学系３９４は、レーザー発振
ユニットとレーザースキャンユニット２２６とを光学的
に接続するように、レーザー発振器３８０から発振され
たレーザー光３９０の進行方向に沿って配置された第１
のアフォーカル系３９２と上記第２のアフォーカル系３
８６とによって構成されている。即ち、本実施の形態に
おいて、レーザー発振ユニットの構成である第２のアフ
ォーカル系３８６は、浮動追従型光学系３９４の構成も
兼ねている。

【０４４４】このような浮動追従型光学系３９４におい
て、第１のアフォーカル系３９２は、定盤３８２上に固
定されており、また、第２のアフォーカル系３８６は、
固定板３８４上に固定されている。

【０４４５】この場合、浮動追従型光学系３９４は、上
述した式（Ｉ−１）即ち傾き追従条件を満足するように
設計されている。

【０４４６】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０４４７】レーザー発振器３８０から発振したレーザ
ー光３９０は、浮動追従型光学系３９４を経た後、入射
光線３９６となって、レーザースキャンユニット２２６
に入射する。

【０４４８】レーザースキャンユニット２２６に入射し
た入射光線３９６は、リレーレンズ２２８を介して光学
顕微鏡本体２１０に導光された後、試料台（図示しな
い）上の試料に照射される。

【０４４９】このとき、試料からの反射光又は蛍光は、
入射光路を逆進した後、レーザースキャンユニット２２
６の光検出器によって検出され、画像信号として出力さ
れることになる。

【０４５０】このように本実施の形態において、浮動追
従型光学系３９４は、傾き追従条件を満足するため、レ
ーザー発振ユニット（３８０，３８４，３８６）の着脱
操作によって、レーザースキャンユニット２２６に対す
るレーザー光３９０の発振方向が変化した場合でも、入
射光線３９６がレーザースキャンユニット２２６に入射
する方向は、常に一定方向に維持される。この結果、レ
ーザー走査型顕微鏡の光学性能には、何等影響を受ける
ことはない。

【０４５１】ところで、医学・生理学の分野で用いられ
る走査型レーザー蛍光顕微鏡には、アルゴンイオンレー
ザを適用したレーザー発振器が、最も多く利用されてい
るが、このレーザー発振器の寿命は、約２０００時間で
ある。

【０４５２】寿命が尽きたレーザー発振器は、交換する
必要があるが、この交換作業の際に行われる光軸調整作
業は、一般ユーザーには無理なだけでなく、熟練作業者
であっても長時間を必要とする。特に、レーザー光の方
向調整が不十分であると、画素ずれが生じると共に、走
査型レーザー顕微鏡において最も重要な機能である共焦
点効果が損なわれるという不都合が生じる。

【０４５３】しかしながら、本実施の形態のようにレー
ザー発振ユニット（３８０，３８４，３８６）に浮動追
従型光学系３９４を組み込むことによって、上記不都合
を解消させることができる。即ち、例えば工場内におけ
る組み立て及び調整工程において、調整治具として第１
のアフォーカル系３９２及び定盤３８２と同様の構成部
材を用意する。そして、これにレーザー発振ユニット
（３８０，３８４，３８６）を組み込んだ状態におい
て、第２のアフォーカル系３８６からの入射光線３９６
が所定方向に規定されるように、固定板３８４に対する
レーザー発振器３８０又は第２のアフォーカル系３８６
の位置を調整する。

【０４５４】このような構成によれば、レーザー発振ユ
ニット（３８０，３８４，３８６）を定盤の３８２上の
所定位置に、さほど高くない位置決め精度で固定するだ
けで、高い方向精度を有する入射光線３９６を確保する
ことが可能となる。

【０４５５】即ち、本実施の形態によれば、定盤３８２
が固定系に属し、且つ、レーザー発振ユニット（３８
０，３８４，３８６）が浮動系に属しているとみなせる
ため、レーザー発振ユニット（３８０，３８４，３８
６）の交換作業によって、レーザー光３９０の発振方向
がｙｚ平面内で変位（即ち、θｚ方向の変位）した場合
でも、入射光線３９６がレーザースキャンユニット２２
６に入射する方向は、常に一定方向に維持されることに
なる。

【０４５６】なお、本実施の形態の浮動追従型光学系３
９４は、傾き追従条件を満足しているが、平行移動追従
条件は満足していない。このため、ｙｚ平面内における
レーザー発振ユニット（３８０，３８４，３８６）の変
位成分のうち、平行移動成分によって、レーザースキャ
ンユニット２２６から光学顕微鏡本体２１０に亘る光学
系の照明性能が劣化しないように、レーザースキャンユ
ニット２２６において必要なビーム径よりも入射光線３
９６のビーム径を大きく設定することが好ましい。この
場合、第２のアフォーカル系３８６とレーザースキャン
ユニット２２６との間の光路中、又は、レーザー発振器
３８０と第１のアフォーカル系３９２との間の光路中、
あるいは、これら双方の光路中に、適当なアフォーカル
系を追加することが好ましい。

【０４５７】また、本実施の形態の浮動追従型光学系３
９４としては、例えば、第１〜第３及び第５〜第９の実
施の形態に示したような浮動追従型光学系を用いてもよ
い。この場合、完全追従条件を満足する浮動追従型光学
系を用いたときは、上記のようにビ―ム径を大きめに設
定する必要はない。

【０４５８】更に、本実施の形態に適用される光学系と
しては、レンズタイプやレンズ形態及びレンズ材質に対
応して各種の応用が可能且つ有効であることは、上記第
１の実施の形態と同様である。

【０４５９】次に、本発明の第１６の実施の形態に係る
浮動追従型光学系について、図３０を参照して説明す
る。

【０４６０】図３０には、本実施の形態の浮動追従型光
学系４０８が適用された像ぶれ防止カメラの構成が示さ
れている。

【０４６１】図３０（ａ）に示すように、本実施の形態
に適用された像ぶれ防止カメラには、被写体（図示しな
い）からの光線３９８を結像レンズ４００を介して撮像
素子４０２上に結像させるように、結像レンズ４００の
入射側に浮動追従型光学系４０８が配置されている。

【０４６２】浮動追従型光学系４０８は、光線３９８の
進行方向に沿って配置された第１及び第２のアフォーカ
ル系４０４，４０６によって構成されており、具体的に
は、第１のアフォーカル４０４は、カメラホディ（図示
しない）と一体形成された浮動系４１０に属しており、
且つ、第２のアフォーカル系４０６は、例えばジャイロ
等の慣性安定部材（図示しない）から成る固定系４１２
に属している。なお、この固定系４１２は、上記カメラ
ホディに取り付けられている。

【０４６３】また、結像レンズ４００及び撮像素子４０
２は、浮動系４１０に属している。なお、図３０（ａ）
では、浮動光軸ＦＬと固定光軸ＦＩＸとを互いに一致さ
せて示している。

【０４６４】このような構成において、固定光軸ＦＩＸ
に沿って平行に浮動追従型光学系４０８に入射した被写
体からの光線３９８は、結像レンズ４００から射出され
た後、収束光線４１４となって撮像素子４０２上の１点
４１６に結像する。

【０４６５】この場合、浮動追従型光学系は、上述した
式（Ｉ−１）即ち傾き追従条件を満足するように設計さ
れている。

【０４６６】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０４６７】図３０（ｂ）には、例えば運転中の自動車
等に乗った状態で撮影しているとき生じた自動車の振動
や手ぶれ等によって、カメラボディが傾斜変位した状態
が示されている。

【０４６８】この場合、カメラボディの傾斜変位に伴っ
て、浮動系４１０に属する第１のアフォーカル系４０４
や結像レンズ４００及び撮像素子４０２は傾斜変位する
が、固定系４１２に属する第２のアフォーカル系４０６
は、ジャイロ等の慣性安定部材によって、初期位置に維
持される。

【０４６９】従って、固定光軸ＦＩＸに沿って平行に入
射した光線３９８は、浮動追従型光学系４０８によっ
て、浮動光軸ＦＬに平行な光線４１８に変換された後、
結像レンズ４００を介して撮像素子４０２上の１点４１
６に結像する。

【０４７０】なお、図３０（ｂ）において、被写体から
の光線３９８は、固定光軸ＦＩＸに対して平行移動して
いるが、通常の写真撮影では、カメラボディから被写体
までの距離は充分に大きくなっているため、上記の平行
移動成分は、撮像素子４０２上の結像位置にほとんど影
響を与えることはない。

【０４７１】このように本実施の形態によれば、傾き追
従条件を満足する浮動追従型光学系４０８と固定系４１
２に適用されたジャイロ等の慣性安定部材との働きによ
って、像ブレを効率よく防止することが可能となる。

【０４７２】なお、本実施の形態の浮動追従型光学系４
０８として、例えば、第１〜第３及び第５〜第９の実施
の形態に示したような浮動追従型光学系を用いてもよ
い。特に、第２及び第３の実施の形態と同様の浮動追従
型光学系と、結像レンズ４００の代わりに反射光学系か
ら成る結像手段とを用いた像ぶれ防止カメラを構成する
ことによって、光学系全体を反射光学系から構成するこ
とができるため、色収差を皆無にすることができる。

【０４７３】また、本実施の形態に適用される光学系と
しては、レンズタイプやレンズ形態及びレンズ材質に対
応して各種の応用が可能且つ有効であることは、上記第
１の実施の形態と同様である。

【０４７４】以上の具体的な各実施の形態から以下のよ
うな技術的思想が導かれる。

【０４７５】（１）機械的に固定された固定光軸を有す
る固定系と，この固定系に属する少なくとも１個以上の
光学素子と、前記固定系に対する機械的な動きについ
て，少なくとも１以上の自由度を有する浮動光軸を有す
る浮動系と，この浮動系に属する少なくとも１個以上の
光学素子とを備えた光学系であって、前記固定系からの
光線が最初に入射する第１光学素子が前記浮動系に属
し、且つ、最後に入射する最終光学素子が前記固定系に
属すると共に、前記第１光学素子から数えてＮ番目の第
Ｎ光学素子が、Ｎが偶数のときは前記固定系に属し、Ｎ
が奇数のときは前記浮動系に属する関係を満足する状態
において、前記浮動系が前記固定系に対して変位するこ
とにより前記浮動光軸が前記固定光軸に対して任意に変
動した場合でも、前記固定系に属する固定光軸に沿って
前記第１光学素子へ入射した光線は、常に、前記最終光
学素子から前記浮動光軸に沿って射出されることを特徴
とする浮動追従型光学系。

【０４７６】（２）前記光学素子として、少なくとも１
個以上のアフォーカル光学系を用いたことを特徴とする
（１）に記載の浮動追従型光学系。

【０４７７】（３）前記光学素子として、少なくとも２
個以上で且つ偶数個の合計ｋ個のアフォーカル光学系を
用いた場合において、前記第１光学素子に該当する１番
目のアフォーカル光学系の角倍率をγ１、前記第Ｎ光学
素子に該当するＮ番目のアフォーカル光学系の角倍率を
γＮ、前記最終光学素子に該当するｋ番目のアフォーカ
ル光学系の角倍率をγｋとすると、

【数６】

【０４７８】なる関係を有する前記式（Ｉ−１）及び
（Ｉ−２）のうち、少なくとも一方の関係を満足するこ
とを特徴とする（２）に記載の浮動追従型光学系。

【０４７９】（４）前記光学系は、少なくとも４個以上
の光学素子から構成されており、前記第Ｎ光学素子のパ
ワ―をφ_N 、前記第Ｎ光学素子の後側主点から第Ｎ＋１
光学素子の前側主点までの距離をｅ_N ′とすると、 （ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₂ ）−φ₁ ＋（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）φ₁ ・φ₃ −（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ）−φ₃ ＋φ₄ ＝０ …（Ｉ−３） φ₃ ＝（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−４） φ₄ ＝−（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′＋ｅ₃ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−５） なる関係を有する前記式（Ｉ−３）ないし（Ｉ−５）の
うち、少なくとも前記式（Ｉ−３）又は前記式（Ｉ−
４）及び（Ｉ−５）のいずれか一方を満足することを特
徴とする（１）に記載の浮動追従型光学系。

【０４８０】（５）前記光学素子として、少なくとも１
個以上の反射光学素子を用いたことを特徴とする（１）
に記載の浮動追従型光学系。

【０４８１】（６）前記光学素子として、少なくとも１
個以上のホログラム光学素子を用いたことを特徴とする
（１）に記載の浮動追従型光学系。

【０４８２】（７）機械的に固定された固定系と、この
固定系に対する機械的な動きについて、互いに独立した
自由度を有する少なくとも２個以上の浮動系と、少なく
とも２個以上の（１）に記載された浮動追従型光学系と
を備えており、前記固定系及び前記浮動系のうち、隣接
した系同士を前記浮動追従型光学系によって光学的に接
続したことを特徴とする光学装置。

【０４８３】（８）少なくとも１台の除振台と、この除
振台上に設置された第１の光学装置と、前記第１の光学
装置と光学的に接続されることによって１つの光学系を
成すように、前記除振台又は固定された台上に設置され
た第２の光学装置と、（１）に記載された浮動追従型光
学系とを備えており、前記第１の光学装置と前記第２の
光学装置とを前記浮動追従型光学系によって光学的に接
続したことを特徴とする光学装置。

【０４８４】（９）前記第１の光学装置としてレーザー
顕微鏡装置本体を、前記第２の光学装置としてレーザー
発振器を用いたことを特徴とする（８）に記載の光学装
置。

【０４８５】（１０）前記第１の光学装置として半導体
露光装置本体を用いたことを特徴とする（８）に記載の
光学装置。

【０４８６】

【発明の効果】本発明によれば、複数の光学系の相対的
な変位に起因する光軸相互の機械的なずれが生じた場合
でも、少なくとも光軸相互の平行移動成分及び傾き成分
のいずれか一方を光学的に補正することによって、光軸
相互のずれを許容範囲内に抑制し且つ色収差の発生を抑
えることが可能な簡単な構成の浮動追従型光学系を提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に係る薄肉レンズモデルの構成を
示す図。

【図２】本発明の原理に係るアフォーカル光学系モデル
の構成を示す図。

【図３】本発明の原理に係る薄肉近軸追跡モデルにおい
て、薄肉レンズが浮動系に属する場合の構成を示す図。

【図４】本発明の原理に係る薄肉近軸追跡モデルにおい
て、薄肉レンズが固定系に属する場合の構成を示す図。

【図５】本発明の原理に係るアフォーカル光学系傾きモ
デルにおいて、アフォーカル光学系が浮動系に属する場
合の構成を示す図。

【図６】本発明の原理に係るアフォーカル光学系傾きモ
デルにおいて、アフォーカル光学系が固定系に属する場
合の構成を示す図。

【図７】本発明の原理に係るフォーカル光学系平行移動
モデルにおいて、アフォーカル光学系が浮動系に属する
場合の構成を示す図。

【図８】本発明の原理に係るフォーカル光学系平行移動
モデルにおいて、アフォーカル光学系が固定系に属する
場合の構成を示す図。

【図９】（ａ）は、本発明の原理に係る薄肉レンズモデ
ルにおいて、浮動系が固定系に対して平行移動した状態
を示す図、（ｂ），（ｃ）は、本発明の原理に係る薄肉
レンズモデルにおいて、浮動系が固定系に対して傾き変
位した状態を示す図。

【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図。

【図１２】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る浮
動追従型光学系の構成を示す図。

【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図。

【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図。

【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図であって、同図（ａ），（ｂ）
は、浮動光軸が固定光軸に対して変位した場合の近軸追
跡結果を示す図。

【図１６】各アフォーカル光学系相互の間隔を適切に定
める方法を説明するための図であって、（ａ）は、浮動
系が固定系に対して平行移動した状態を示す図、（ｂ）
は、浮動系が固定系に対して傾斜移動した状態を示す
図。

【図１７】光線の入射方向に沿って順に、正、負、負、
正の値となった角倍率を有する浮動追従型光学系に間隔
設定方法を適用した状態を示す図であって、（ａ）は、
浮動系が固定系に対して平行移動した状態を示す図、
（ｂ）及び（ｃ）は、浮動系が固定系に対して傾斜移動
した状態を示す図。

【図１８】（ａ）は、厚肉レンズから成る浮動追従型光
学系の構成を示す図、（ｂ）は、厚肉レンズモデルの近
軸追跡結果を示す図。

【図１９】本発明の第６の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図であって、同図（ａ）は、浮動光
軸が固定光軸に対して平行移動変位した場合の近軸追跡
結果を示す図、同図（ｂ），（ｃ）は、浮動光軸が固定
光軸に対して傾き変位した場合の近軸追跡結果を示す
図。

【図２０】（ａ）は、本発明の第７の実施の形態に係る
浮動追従型光学系の構成を示す図、（ｂ）は、浮動系が
傾き変位した場合の状態を示す図。

【図２１】（ａ）は、本発明の第７の実施の形態に係る
浮動追従型光学系において、浮動系が固定系に対して並
行移動変位した状態を示す図、（ｂ）は、角倍率が−１
のアフォ―カル光学系に入射する入射光線と、このアフ
ォーカル光学系から射出する射出光線との関係を示す
図、（ｃ）は、平面鏡の入射する入射光線と、この平面
鏡から射出する射出光線との関係を示す図。

【図２２】本発明の第８の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図。

【図２３】本発明の第９の実施の形態に係る浮動追従型
光学系の構成を示す図。

【図２４】（ａ）は、本発明の第１０の実施の形態に係
る浮動追従型光学系の構成を示す図、（ｂ）は、浮動系
が固定系に対して変位した状態を示す図。

【図２５】本発明の第１１の実施の形態に係る浮動追従
型光学系の構成を示す図。

【図２６】本発明の第１２の実施の形態に係る浮動追従
型光学系の構成を示す図。

【図２７】本発明の第１３の実施の形態に係る浮動追従
型光学系の構成を示す図。

【図２８】本発明の第１４の実施の形態に係る浮動追従
型光学系の構成を示す図。

【図２９】本発明の第１５の実施の形態に係る浮動追従
型光学系の構成を示す図。

【図３０】本発明の第１６の実施の形態に係る浮動追従
型光学系の構成を示す図。

【符号の説明】

ＡＦＣ₁ 第１のアフォーカル光学系 ＡＦＣ₂ 第２のアフォーカル光学系 Ｌ₁ 第１の薄肉レンズ Ｌ₂ 第２の薄肉レンズ Ｌ₃ 第３の薄肉レンズ Ｌ₄ 第４の薄肉レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械的に固定された固定光軸を有する固
   定系と，この固定系に属する少なくとも１個以上の光学
   素子と、前記固定系に対する機械的な動きについて，少
   なくとも１以上の自由度を有する浮動光軸を有する浮動
   系と，この浮動系に属する少なくとも１個以上の光学素
   子とを備えた光学系であって、 前記固定系からの光線が最初に入射する第１光学素子が
   前記浮動系に属し、且つ、最後に入射する最終光学素子
   が前記固定系に属すると共に、前記第１光学素子から数
   えてＮ番目の第Ｎ光学素子が、Ｎが偶数のときは前記固
   定系に属し、Ｎが奇数のときは前記浮動系に属する関係
   を満足する状態において、 前記浮動系が前記固定系に対して変位することにより前
   記浮動光軸が前記固定光軸に対して任意に変動した場合
   でも、前記固定系に属する固定光軸に沿って前記第１光
   学素子へ入射した光線は、常に、前記最終光学素子から
   前記浮動光軸に沿って射出されることを特徴とする浮動
   追従型光学系。
2. 【請求項２】 前記光学素子として、少なくとも１個以
   上のアフォーカル光学系を用いたことを特徴とする請求
   項１に記載の浮動追従型光学系。
3. 【請求項３】 前記光学素子として、少なくとも２個以
   上で且つ偶数個の合計ｋ個のアフォーカル光学系を用い
   た場合において、 前記第１光学素子に該当する１番目のアフォーカル光学
   系の角倍率をγ１、 前記第Ｎ光学素子に該当するＮ番目のアフォーカル光学
   系の角倍率をγＮ、 前記最終光学素子に該当するｋ番目のアフォーカル光学
   系の角倍率をγｋとすると、 【数１】 なる関係を有する前記式（Ｉ−１）及び（Ｉ−２）のう
   ち、少なくとも一方の関係を満足することを特徴とする
   請求項２に記載の浮動追従型光学系。
4. 【請求項４】 前記光学系は、少なくとも４個以上の光
   学素子から構成されており、 前記第Ｎ光学素子のパワ―をφ_N 、 前記第Ｎ光学素子の後側主点から第Ｎ＋１光学素子の前
   側主点までの距離をｅ_N ′とすると、 （ｅ₁ ′・φ₁ ・φ₂ ）−φ₁ ＋（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）φ₁ ・φ₃ −（ｅ₁ ′・ｅ₂ ′・φ₁ ・φ₂ ・φ₃ ）−φ₃ ＋φ₄ ＝０ …（Ｉ−３） φ₃ ＝（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−４） φ₄ ＝−（ｅ₁ ′＋ｅ₂ ′＋ｅ₃ ′）^-1＋（ｅ₃ ′）^-1 …（Ｉ−５） なる関係を有する前記式（Ｉ−３）ないし（Ｉ−５）の
   うち、少なくとも前記式（Ｉ−３）又は前記式（Ｉ−
   ４）及び（Ｉ−５）のいずれか一方を満足することを特
   徴とする請求項１に記載の浮動追従型光学系。