(57)【要約】【課題】ズームレンズの部分的な温度上昇による結像位置の変動を抑制する。【解決手段】描画装置のズームレンズ２では、各レンズを形成する硝材の屈折率温度係数の平均値が−２．１×１０−６以上０．０×１０−６以下であり、２５ｍｍあたりの内部透過率の平均値が９９．０％以上である。ズームレンズ２では、平均屈折率温度係数が小さいため、描画用の線状光の照射により生じるズームレンズ２の部分的な温度上昇による結像位置の変動を抑制することができる。その結果、描画中に結像位置の調整を行うことなく、感光材料上に描画される画像の品質低下を抑制または防止することができる。また、ズームレンズ２では、結像位置の変動を線状光の全長に亘って抑制することにより、線状光の中央部と両端部とにおける結像位置の変動量の差も小さくなる。【選択図】図４
2012093695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射して対象物にパターンの描画を行う描画装置であって、
対象物を保持する保持部と、
所定の波長の線状光を出射する光出射部と、
前記線状光を変調する空間光変調デバイスと、
複数のレンズを有し、前記空間光変調デバイスからの光を前記対象物へと導くズームレンズと、
前記対象物上における前記光の照射位置を移動する照射位置移動機構と、
を備え、
前記ズームレンズの各レンズを形成する硝材の前記所定の波長の光に対する屈折率温度係数について、前記ズームレンズが有する全てのレンズの屈折率温度係数の平均値が、−２．１×１０−６以上、０．０×１０−６以下であり、かつ、前記全てのレンズの２５ｍｍあたりの内部透過率の平均値が９９．０％以上であることを特徴とする描画装置。
【請求項２】
請求項１に記載の描画装置であって、
前記ズームレンズの像側のＮＡが、０．２以上であることを特徴とする描画装置。
【請求項３】
請求項２に記載の描画装置であって、
前記空間光変調デバイスと前記ズームレンズとの間に配置され、前記線状光の短手方向に負のパワーを有するシリンドリカルレンズ群をさらに備えることを特徴とする描画装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の描画装置であって、
前記ズームレンズからの光の前記対象物上におけるパワーが２５Ｗ以上であることを特徴とする描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば印刷用刷版に光を照射することによりパターンの描画を行う描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変調された光を刷版などの対象物の感光材料上にて走査することによりパターンの描画を行う描画装置が利用されている。このような装置では、変調された光を導いて感光材料上に集光する光学系が設けられる。
【０００３】
例えば、特許文献１の光走査装置では、ポリゴンミラーからのスポット光を感光面へと導く２枚の走査レンズが走査光学系として設けられる。当該装置では、少なくとも一方の走査レンズは樹脂製であるため、環境（温度や湿度）変化に伴う体積変化により、レンズ面の曲率や屈折率が変化して結像位置が感光面からずれてしまう。このため、当該装置では、光源とポリゴンミラーとの間に補正光学系を設け、補正光学系を、負パワーのアナモフィック面を有する樹脂製の補正レンズ、および、正パワーのアナモフィック面を有するガラス製の補正レンズにより構成することにより、樹脂製の走査レンズの体積変化による結像位置のずれを補正することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７５０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、描画装置では、描画速度を向上するために感光面に照射される光の光量が大きくなっている。このため、走査光学系のレンズ群がガラス製の場合であっても、各レンズにおいて、光の透過する部位が温度上昇により膨張し、屈折率も変化し、結像位置のずれが生じてしまう。また、結像位置のずれ量は、サジッタル方向とメリジオナル方向とで異なるため、例えば、一次元の反射型空間変調素子で線状光を変調して感光面に照射することにより描画を行う装置では、線状光の中央部と端部とで結像位置が異なってしまう。
【０００６】
特許文献１の補正光学系は、外部環境の変化によるレンズ全体の膨張を補正するためのものであり、レンズを透過する光によるレンズの部分的な膨張を補正するものではない。また、補正光学系は光源とポリゴンミラーとの間に設けられており、走査光学系はポリゴンミラーと感光面との間に設けられているため、補正光学系を透過する光束断面と走査光学系を透過する光束断面とは大きく異なり、補正光学系のレンズと走査光学系のレンズでは、光の透過による膨張位置が異なる。したがって、特許文献１の補正光学系では、走査光学系の各レンズの部分的な温度上昇に伴って生じる結像位置のずれを補正することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ズームレンズの部分的な温度上昇による結像位置の変動を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、光を照射して対象物にパターンの描画を行う描画装置であって、対象物を保持する保持部と、所定の波長の線状光を出射する光出射部と、前記線状光を変調する空間光変調デバイスと、複数のレンズを有し、前記空間光変調デバイスからの光を前記対象物へと導くズームレンズと、前記対象物上における前記光の照射位置を移動する照射位置移動機構とを備え、前記ズームレンズの各レンズを形成する硝材の前記所定の波長の光に対する屈折率温度係数について、前記ズームレンズが有する全てのレンズの屈折率温度係数の平均値が、−２．１×１０−６以上、０．０×１０−６以下であり、かつ、前記全てのレンズの２５ｍｍあたりの内部透過率の平均値が９９．０％以上である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の描画装置であって、前記ズームレンズの像側のＮＡが、０．２以上である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の描画装置であって、前記空間光変調デバイスと前記ズームレンズとの間に配置され、前記線状光の短手方向に負のパワーを有するシリンドリカルレンズ群をさらに備える。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の描画装置であって、前記ズームレンズからの光の前記対象物上におけるパワーが２５Ｗ以上である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、ズームレンズの部分的な温度上昇による結像位置の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一の実施の形態に係る描画装置の平面図である。
【図２】空間光変調デバイスの拡大図である。
【図３．Ａ】光変調素子の断面図である。
【図３．Ｂ】光変調素子の断面図である。
【図４】ズームレンズの構成を示す図である。
【図５．Ａ】レーザ光の照射による結像位置の変動量を示す図である。
【図５．Ｂ】レーザ光の照射による結像位置の変動量を示す図である。
【図５．Ｃ】レーザ光の照射によって生じる屈折率分布による結像位置の変動を説明するための図である。
【図５．Ｄ】レーザ光の照射によって生じるレンズの表面形状変化による結像位置の変動を説明するための図である。
【図６】比較例の描画装置のズームレンズの構成を示す図である。
【図７】比較例の描画装置における結像位置の変動量を示す図である。
【図８】描画装置における結像位置の変動量を示す図である。
【図９】ズームレンズにおける像側ＮＡを変更した場合の結像位置の変動量の差を示す図である。
【図１０】線状光の短手方向のＮＡを大きくするためのシリンドリカルレンズ群の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る描画装置１を示す平面図である。描画装置１は、光を照射して対象物を加熱することにより、対象物上にパターンの描画を行う円筒外面型ＣＴＰ（Computer to Plate）出力装置である。描画装置１は、図示省略のモータにより図１中のＸ方向に平行な回転軸Ｊ１を中心に回転する円筒状のドラム部１１を有し、ドラム部１１の外周面上には描画対象物である感光材料９が捲回されている。すなわち、ドラム部１１は、対象物を保持する保持部である。
【００１５】
ドラム部１１の（−Ｙ）側には、感光材料９に光を照射するヘッド部１２が設けられる。ヘッド部１２は、ヘッド部本体１２０、光源部１２１および円筒カム機構１２５を備える。ヘッド部本体１２０の内部には両側テレセントリックズームレンズ２（以下、単に「ズームレンズ２」という。）が設けられ、円筒カム機構１２５によりズームレンズ２が駆動される。光源部１２１は、波長８０８ｎｍの光（近赤外領域の光）を出射するレーザ光源１２６、レーザ光源１２６からの光を線状光（すなわち、光束断面が線状の光）にして、一次元の空間光変調デバイス１２８へと導く光源光学系１２７、および、光源光学系１２７からの線状光を変調する空間光変調デバイス１２８を備える。空間光変調デバイス１２８により変調された光は、ズームレンズ２により感光材料９へと導かれる。描画装置１では、レーザ光源１２６および光源光学系１２７が、空間光変調デバイス１２８に向けて線状光を出射する光出射部となっている。レーザ光源１２６から出射される光の波長は８０８ｎｍには限定されず、７８０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲で主に用いられる。なお、図１では、レーザ光源１２６、光源光学系１２７および空間光変調デバイス１２８の形状および配置を模式的に描いており、実際の構造および配置とは異なる。
【００１６】
ヘッド部１２は、ボールねじを有するヘッド部移動機構１３により図１中のＸ方向に移動し、描画装置１は、いわゆる、外面円筒走査型となっている。描画装置１では、ヘッド部移動機構１３が、ヘッド部１２からの光の感光材料９上における照射位置を移動する照射位置移動機構となっている。
【００１７】
図２は、空間光変調デバイス１２８を拡大して示す図である。空間光変調デバイス１２８は、光出射部（すなわち、レーザ光源１２６および光源光学系１２７）からの線状光を空間変調する回折格子型のデバイスである。空間光変調デバイス１２８は半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。空間光変調デバイス１２８には複数の可動リボン１２９ａおよび固定リボン１２９ｂが交互に平行に配列形成され、複数の可動リボン１２９ａは背後の基準面に対して個別に昇降移動可能とされ、複数の固定リボン１２９ｂは基準面に対して固定される。回折格子型の光変調素子としては、例えば、ＧＬＶ（Grating Light Valve：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サニーベール、カリフォルニア）の登録商標）が知られている。
【００１８】
図３．Ａおよび図３．Ｂは、可動リボン１２９ａおよび固定リボン１２９ｂに対して垂直な面における空間光変調デバイス１２８の断面を示す図である。図３．Ａに示すように可動リボン１２９ａおよび固定リボン１２９ｂが基準面１２９ｃに対して同じ高さに位置する（すなわち、可動リボン１２９ａが撓まない）場合には、空間光変調デバイス１２８の表面は面一となり、入射光Ｌ１の反射光が０次光Ｌ２として導出される。一方、図３．Ｂに示すように可動リボン１２９ａが固定リボン１２９ｂよりも基準面１２９ｃ側に撓む場合には、可動リボン１２９ａが回折格子の溝の底面となり、１次回折光Ｌ３（さらには、高次回折光）が空間光変調デバイス１２８から導出され、０次光Ｌ２は消滅する。このように、空間光変調デバイス１２８は回折格子を利用した光変調を行う。
【００１９】
光出射部からの線状光は、空間光変調デバイス１２８のライン状に配列された複数の可動リボン１２９ａおよび固定リボン１２９ｂ上に照射される。空間光変調デバイス１２８では、隣接する各１本の可動リボン１２９ａおよび固定リボン１２９ｂを１つのリボン対とすると、各リボン対が、描画されるパターンの１つの画素に対応する。空間光変調デバイス１２８では、図示省略の制御部からの信号に基づいてパターンの各画素に対応するリボン対の可動リボン１２９ａがそれぞれ制御され、各画素に対応するリボン対が０次光（正反射光）を出射する状態と、非０次回折光（主として１次回折光（（＋１）次回折光および（−１）次回折光））を出射する状態との間で遷移可能とされる。空間光変調デバイス１２８から出射される０次光はズームレンズ２へと導かれ、１次回折光はズームレンズ２とは異なる方向へと導かれる。なお、迷光となることを防止するために、１次回折光は後述する絞り３４（図４参照）により遮光される。
【００２０】
空間光変調デバイス１２８からの０次光は、ズームレンズ２（図１参照）を介して感光材料９へと導かれ、感光材料９上においてＸ方向に並ぶ複数の照射位置のそれぞれに変調された光が照射される。すなわち、空間光変調デバイス１２８の各画素に対応するリボン対は０次光を出射する状態がＯＮ状態であり、１次回折光を出射する状態がＯＦＦ状態とされる。本実施の形態では、１０２４チャンネルのリボン対により描画が行われる。
【００２１】
空間光変調デバイス１２８では、図３．Ａに示すように、可動リボン１２９ａと固定リボン１２９ｂとの基準面１２９ｃからの高さを等しくすることにより、０次光が信号光として得られるが、可動リボン１２９ａの高さを固定リボン１２９ｂの高さよりも僅かに低くすることにより信号光の光量を低下させることができ、この性質を利用して空間光変調デバイス１２８からの光量の調整を行うことができる。
【００２２】
図４は、ズームレンズ２の構成を示す図である。ズームレンズ２は、物体側（符号９１を付す。）、すなわち、光源部１２１側から前側レンズ群２１、中間レンズ群２２および後側レンズ群２３を備える。前側レンズ群２１および後側レンズ群２３はヘッド部本体１２０（図１参照）内に固定されており、中間レンズ群２２のレンズは光軸２ａに沿って移動可能とされる。前側レンズ群２１、中間レンズ群２２および後側レンズ群２３の各レンズはガラスにより形成される。ズームレンズ２では、前側レンズ群２１の物体側、中間レンズ群２２と後側レンズ群２３との間、および、後側レンズ群２３の像側に保護ガラス３３１，３３２，３３３が配置される。また、保護ガラス３３２と後側レンズ群２３との間に絞り３４が配置される。なお、以下の説明における「レンズ」は、特に限定がある場合を除いて置き換え可能な範囲内で複数のレンズから構成されるレンズ群の場合を含む。
【００２３】
前側レンズ群２１は、両凸レンズ３０１および両凹レンズ３０２を備える。中間レンズ群２２は、物体側に凸となる負メニスカスレンズ３０３、両凹レンズ３０４、像側（符号９２を付す。）、すなわち、感光材料９側に凸となる正メニスカスレンズ３０５、両凸レンズ３０６、像側に凸となる負メニスカスレンズ３０７、物体側に凸となる正メニスカスレンズ３０８、および、物体側に凸となる負メニスカスレンズ３０９を備える。両凸レンズ３０６と負メニスカスレンズ３０７とは、貼り合わされて接合レンズを形成している。後側レンズ群２３は、物体側に凸となる正メニスカスレンズ３１０、両凹レンズ３１１、両凸レンズ３１２、像側に凸となる正メニスカスレンズ３１３、両凸レンズ３１４および像側に凸となる負メニスカスレンズ３１５を備える。両凹レンズ３１１と両凸レンズ３１２、および、両凸レンズ３１４と負メニスカスレンズ３１５とはそれぞれ貼り合わされて接合レンズを形成している。
【００２４】
両凸レンズ３０１、両凹レンズ３０２および正メニスカスレンズ３１３は、株式会社オハラ製の硝材名Ｓ−ＴＩＨ６のガラス（以下、単に「Ｓ−ＴＩＨ６」という。他の硝材についても同様。）により形成される。負メニスカスレンズ３０３および両凹レンズ３０４はそれぞれ、Ｓ−ＴＩＨ５３およびＳ−ＴＩＨ４により形成される。正メニスカスレンズ３０５、両凸レンズ３０６、正メニスカスレンズ３０８および正メニスカスレンズ３１０は、Ｓ−ＬＡＭ３により形成される。負メニスカスレンズ３０７および負メニスカスレンズ３０９はそれぞれ、Ｓ−ＴＩＨ１０およびＳ−ＦＰＬ５１により形成される。両凹レンズ３１１および両凸レンズ３１４はＳ−ＦＴＭ１６により形成され、両凸レンズ３１２および負メニスカスレンズ３１５はそれぞれ、Ｓ−ＰＨＭ５２およびＳ−ＴＩＨ２３により形成される。ズームレンズ２のレンズは、上述の硝材以外に、Ｓ−ＢＡＬ３、Ｓ−ＦＳＬ５およびＳ−ＬＡＬ１２等により形成されてもよい。
【００２５】
表１は、ズームレンズ２のレンズに利用される硝材の性質を示す表である。また、表２は、後述の描画装置（以下、「比較例の描画装置」という。）のズームレンズに利用される硝材の性質を示す表である。なお、比較例の描画装置のズームレンズに利用される硝材であっても、表１に含まれている硝材については表２には示していない。
【００２６】
【表１】
2012093695.tif 000003
【００２７】
【表２】
2012093695.tif 000004
【００２８】
表１および表２では、各硝材について、波長８０８ｎｍの光に対する透過率、屈折率および屈折率温度係数を示す。透過率は、厚さ２５ｍｍあたりの硝材の内部透過率である。屈折率温度係数は、温度が１℃だけ変化した際の屈折率の変化量であり、光の波長が長くなるほど小さくなる。表１に示す硝材は、屈折率温度係数が小さく、表２に示す硝材は、屈折率温度係数が大きい。
【００２９】
図５．Ａおよび図５．Ｂは、縦方向（短手方向）の幅が１ｍｍ、横方向（長手方向）の幅が１０ｍｍであり、ほぼ平行に進行する線状の４０Ｗのレーザ光をレンズに照射した場合の経過時間と結像位置（すなわち、合焦位置）の変動量との関係を示す図である。図５．Ａは、レンズを表２に示すＳ−ＬＡＨ５３により形成した場合の結像位置の変動量の測定値を示し、図５．Ｂは、レンズを表１に示すＳ−ＦＰＬ５１により形成した場合の結像位置の変動量の測定値を示す。どちらのレンズも厚さ５０ｍｍの平凸レンズであり、レンズに向けて出射されるレーザ光は、波長８０８ｎｍの線状光である。波長８０８ｎｍの光に対するＳ−ＬＡＨ５３の屈折率温度係数は６．２であり、Ｓ−ＦＰＬ５１の屈折率温度係数は−６．３である。図５．Ａおよび図５．Ｂでは、結像位置の変動量は、結像位置が物体側に移動する場合を正としている。
【００３０】
レンズに光が照射されると、レンズ上の光が照射される部位の温度が上昇して当該部位が膨張し、レンズ表面にレンズ効果が加わり、レンズの焦点距離は小さくなる。レンズを形成する硝材の屈折率温度係数が正である場合、温度上昇に伴い屈折率分布が形成され、その分布がＧＲＩＮ（Gradient Index）レンズと同様に機能するため、レンズの焦点距離はさらに小さくなる。図５．Ａに示すＳ−ＬＡＨ５３にて形成されたレンズの場合、結像位置（すなわち、焦点の位置）は、物体側に約３０μｍ移動する。
【００３１】
レンズを形成する硝材の屈折率温度係数が負である場合、レンズに光が照射されることにより、レンズ上の光が照射される部位の温度が上昇して当該部位が膨張する。一方、温度上昇に伴って屈折率は減少するため、周縁部よりも中心部において小さくなるような屈折率分布が形成される。これにより、負のパワーを有するレンズ効果が生じ、焦点距離が増大する方向に作用する。熱によるレンズの部分的膨張による焦点距離の減少よりも屈折率分布による焦点距離の増大の方が大きい場合は、レンズの焦点距離は大きくなる。レンズの部分的膨張による焦点距離の減少と屈折率分布による焦点距離の増大が相殺される場合は、レンズの焦点距離は変化しない。また、レンズの部分的膨張による焦点距離の減少の一部が、屈折率分布による焦点距離の増大により打ち消される場合は、比較的小さな焦点距離の減少が生じる。いずれの場合であっても、レンズの温度上昇により、屈折率温度係数が負の硝材にて形成されたレンズの焦点位置は、屈折率温度係数が正の硝材にて形成されたレンズの焦点位置よりも像側に位置することとなる。図５．Ｂに示すＳ−ＦＰＬ５１にて形成されたレンズの場合、平行光が入射した場合の結像位置（すなわち、焦点の位置）は、像側に約５０μｍ移動する。
【００３２】
ところで、図５．Ａに示す実験において、１分経過後の光照射中心部分の温度上昇をサーモグラフィで測定したところ、２℃であった。この温度変化に基づいて当該レンズの結像位置の変動量を、レンズの表面形状の変化による部分と屈折率分布による部分とに分けて計算を行ったところ、表面形状の変化による結像位置の変動量は７μｍであり、屈折率分布による結像位置の変動量は２１μｍであることが判った。したがって、当該レンズでは、屈折率分布が、レンズの表面形状の変化よりも結像位置の変動に３倍影響を与えているといえる。
【００３３】
表２より、Ｓ−ＬＡＨ５３の屈折率温度係数は、６．２×１０−６であり、厚さ２５ｍｍでの透過率は９９．５％であることから、実験に用いた厚さ５０ｍｍのレンズの透過率は９９．０％（吸収率１．０％）である。吸収率と温度上昇による膨張とは関連することから、描画装置に用いられるレンズでは、一般的に、吸収率が１．０％の場合に、レンズの表面形状の変化の影響を屈折率温度係数に置き換えると、６．２×１０−６の３分の１である２．１×１０−６になるといえる。したがって、仮に、図５．Ａと同様の実験を屈折率温度計数が−２．１×１０−６の硝材に対して行った場合、レンズの表面形状の変化の影響と屈折率分布の影響とが相殺され、結像位置の変動は起こらないことになる。
【００３４】
次に、屈折率分布による結像位置の変動量とレンズの表面形状の変化による結像位置の変動量とが像側における光軸に対するレーザ光の最大出射角の２乗に反比例することについて説明する。なお、レーザは、有限の大きさを保った状態で伝播することができるため、以下、光学系のＮＡ（開口数）に準じて、レーザ光の広がりをＮＡを用いて表現する。すなわち、レーザ光と光軸とのなす角度の最大値をθ、屈折率をｎとして、ＮＡ＝ｎｓｉｎθと表す。
【００３５】
図５．Ｃは、単レンズにレーザ光を通過させた場合における屈折率分布による結像位置の変動を説明するための図である。紙面に垂直な方向が線状光の長手方向に対応し、紙面の上下方向が線状光の短手方向（高さ方向）に対応する。図５．Ｃでは、屈折率温度係数が正である硝材で形成された平凸レンズ５１が凸部を右側に向けて配置され、高さ２ｈの線状光５２が左から入射する。
【００３６】
通常、線状光５２の高さ方向の光強度分布は中心部が高く、上下に離れるほど低くなるため、温度分布も同様の分布となる。その結果、図５．Ｃ中に符号５３を付すように、光軸５１ａに近いほど高くなる屈折率分布が形成される。屈折率が高いほど光の進行速度は遅くなるため、平面波がレンズ５１中を進むと中心部が周縁部に比べて遅れて進み、レンズ５１から出射する直前には、符号５２１を付す破線にて示すように、右側に曲率中心が位置するような波面（収束波面）となる。これにより、屈折率が一定である場合の集光位置５４１（結像位置に対応する。）よりもレンズ５１側に集光位置５４２が位置する。位置５４１と位置５４２との差Δｎが、屈折率分布による結像位置の変動量である。
【００３７】
ここで、光がレンズから出射する前後の振る舞いは、近軸光線追跡にて数１により表される。Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ物体側、像側にて光線が光軸と交わる位置とレンズ出射面との間の距離であり、Ｓ１は左方向、Ｓ２は右方向を正とする。ｎは屈折率であり、ｆはレンズの焦点距離である。
【００３８】
【数１】
2012093695.tif 000005
【００３９】
屈折率分布が存在しない場合、レンズ面には平行光が入射するため、Ｓ１＝∞、Ｓ２＝ｆ、となる。一方、屈折率分布が生じた場合、出射直前の波面のビーム中心と（高さｈの）上端との間に、光軸方向にδｎの差が生じるものとする。これを半径Ｒの球面波または円筒波とみなすと、数２が成り立ち、Ｒ≫δｎより、Ｒは数３にて表される。
【００４０】
【数２】
2012093695.tif 000006
【００４１】
【数３】
2012093695.tif 000007
【００４２】
また、数１においてＳ１は−Ｒとなることから、Ｓ２は数４にて示すものとなる。その結果、変動量Δｎ（＝Ｓ２−ｆ）は、数５にて示される。
【００４３】
【数４】
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【００４４】
【数５】
2012093695.tif 000009
【００４５】
数５に数３を代入してδｎ２の項を無視すると、Δｎは数６となる。
【００４６】
【数６】
2012093695.tif 000010
【００４７】
ＮＡは、数７で示されることから、数６は数８となる。
【００４８】
【数７】
2012093695.tif 000011
【００４９】
【数８】
2012093695.tif 000012
【００５０】
したがって、屈折率分布による結像位置の変動量Δｎは、ＮＡの２乗に反比例する。なお、変動量Δｎは、屈折率ｎ、および、波面の変化量（これは、屈折率分布に対応する。）に対しては比例する。
【００５１】
図５．Ｄは、レーザ光の照射によって生じるレンズの表面形状の変化による結像位置の変動を説明するための図である。
【００５２】
図５．Ｄに示す距離ｄは、レンズ面とレーザ光の上端との交点と、形状が変化する前のレンズ面と光軸５１ａとの交点５４４との光軸方向の距離である。レンズの表面形状が変化する前の焦点距離ｆは、交点５４４と集光位置５４１（結像位置に対応する。）との光軸方向の距離である。光軸５１ａ上の光が距離ｄだけ進む間に、上端の光は距離ｎｄだけ進む。したがって、数９が成り立ち、数１０が導かれる。
【００５３】
【数９】
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【００５４】
【数１０】
2012093695.tif 000014
【００５５】
一方、レンズ面の半径をｒとすると、数１１が成り立つ。ｒ≫ｄと仮定すると、数１２が導かれる。
【００５６】
【数１１】
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【００５７】
【数１２】
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【００５８】
数１０のｄ２の項を無視して数１２を代入すると、平凸レンズの焦点距離の公式である数１３が得られる。
【００５９】
【数１３】
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【００６０】
次に、レンズ５１の表面形状が光軸５１ａの方向にδｔだけ膨張し、集光位置が符号５４１を付す位置から符号５４３を付す位置にΔｔだけ移動した場合、数９と同様に、レンズ５１の中央から位置５４３までの距離をＳとして数１４が成り立つ。そして、（ｄ＋δｔ）２の項を無視すると、数１５が導かれる。
【００６１】
【数１４】
2012093695.tif 000018
【００６２】
【数１５】
2012093695.tif 000019
【００６３】
数１５に数１２を代入し、δｔ≪１よる近似を利用しつつ数１３を代入すると数１６が導かれる。
【００６４】
【数１６】
2012093695.tif 000020
【００６５】
したがって、Δｔ（＝Ｓ−ｆ）は、数１６および数７から、ＮＡを用いて数１７に示すものとなる。
【００６６】
【数１７】
2012093695.tif 000021
【００６７】
数１７により、レンズの表面形状の変化による結像位置の変動量Δｔも、ＮＡに２乗に反比例することが判る。
【００６８】
屈折率分布による結像位置の変動量Δｎおよびレンズの表面形状の変化による結像位置の変動量Δｔが、像側のＮＡの２乗に反比例するという結論は、以下に説明するように、図５．Ａ（Ｓ−ＬＡＨ５３）および図５．Ｂ（Ｓ−ＦＰＬ５１）に示す実験結果とも整合する。
【００６９】
実験に用いられた平凸レンズの形状は同じであり、半径は１８ｍｍである。Ｓ−ＬＡＨ５３、Ｓ−ＦＰＬ５１の屈折率はそれぞれ１．７９、１．４９であることから、これらのレンズの焦点距離は２３ｍｍ、３６ｍｍである。入射するレーザ光の縦方向のビームサイズは同じであり、像側のＮＡは焦点距離に反比例する。両硝材の屈折率温度係数は符号が逆であり、絶対値はほぼ等しい。また、サーモグラフィによる温度変化の最大値はＳ−ＦＰＬ５１で３℃であり、Ｓ−ＬＡＨ５３の２℃の１．５倍であった。変動量ΔｎがＮＡの２乗に反比例すること、および、以上の条件から、計算により求められたＳ−ＬＡＨ５３の変動量Δｎ＝−２１μｍに基づいて、Ｓ−ＦＰＬ５１の変動量Δｎは、
２１×１．４９／１．７９×（３６．３／２２．７）２×１．５＝＋６７μｍ
と求められる。
【００７０】
また、両実験においてレンズの表面形状の変化が同程度であるとみなすと、変動量ΔｔがＮＡの２乗に反比例することから、計算により求められたＳ−ＬＡＨ５３の変動量Δｔ＝＋７μｍおよび数１７に基づいて、Ｓ−ＦＰＬ５１の変動量Δｔは、
−７×（１．４９−１）／（１．７９−１）×（３６．３／２２．７）２×１．５＝−１７μｍ
と求められる。したがって、Ｓ−ＦＰＬ５１のレンズにおける最終的な変動量はこれらの和である５０μｍと求められ、図５．Ｂの実験結果と整合する。
【００７１】
図６は、比較例の描画装置のズームレンズ４の構成を示す図である。比較例をの描画装置では、ズームレンズ以外の構成は、図１に示す描画装置１と同様である。ズームレンズ４は、物体側（符号９１を付す。）から前側レンズ群４１、中間レンズ群４２および後側レンズ群４３を備える。前側レンズ群４１および後側レンズ群４３はヘッド部本体内に固定されており、中間レンズ群４２のレンズは光軸４ａに沿って移動可能とされる。前側レンズ群４１、中間レンズ群４２および後側レンズ群４３の各レンズは、表１および表２に示す硝材のガラスにより形成される。ズームレンズ４では、前側レンズ群４１の物体側、中間レンズ群４２と後側レンズ群４３との間、および、後側レンズ群４３の像側に保護ガラス４３１，４３２，４３３が配置される。
【００７２】
前側レンズ群４１は、両凸レンズ４０１および両凹レンズ４０２を備える。中間レンズ群４２は、物体側に凸となる負メニスカスレンズ４０３、両凹レンズ４０４、両凸レンズ４０５、像側（符号９２を付す。）に凸となる正メニスカスレンズ４０６、物体側に凸となる正メニスカスレンズ４０７、および、平凹レンズ４０８を備える。両凹レンズ４０４と両凸レンズ４０５とは、貼り合わされて接合レンズを形成している。後側レンズ群４３は、両凸レンズ４０９、両凹レンズ４１０、両凸レンズ４１１、両凸レンズ４１２、および、像側に凸となる正メニスカスレンズ４１３を備える。両凹レンズ４１０と両凸レンズ４１１、および、両凸レンズ４１２と正メニスカスレンズ４１３とはそれぞれ貼り合わされて接合レンズを形成している。
【００７３】
両凸レンズ４０１、両凸レンズ４０５、正メニスカスレンズ４０６、両凸レンズ４０９、両凸レンズ４１１および正メニスカスレンズ４１３は、Ｓ−ＬＡＨ５３により形成される。両凹レンズ４０２および負メニスカスレンズ４０３は、Ｓ−ＴＩＨ６により形成される。両凹レンズ４０４および両凹レンズ４１０は、Ｓ−ＴＩＨ４により形成される。正メニスカスレンズ４０７および両凸レンズ４１２は、Ｓ−ＬＡＬ１４により形成される。平凹レンズ４０８は、Ｓ−ＦＳＬ５により形成される。ズームレンズ４のレンズは、Ｓ−ＢＳＬ７、Ｓ−ＬＡＨ５１およびＳ−ＬＡＨ５８等により形成される場合もある。
【００７４】
図７は、比較例の描画装置において、光源部からの波長８０８ｎｍの光をズームレンズ４（図６参照）を介して感光材料に照射した場合におけるズームレンズ４による結像位置の変動量を示す図である。光源部では、空間光変調デバイスの１０２４チャンネルのリボン対が全てＯＮ状態であり、ズームレンズ４からの光の感光材料上におけるパワーは約４０Ｗである。
【００７５】
図７では、横軸が線状光の長手方向の各位置を示し、縦軸が光の照射開始から６０秒後の結像位置の変動量を示す。横軸の数値は、線状光の各位置に対応する空間光変調デバイスの各チャンネル番号である。結像位置の変動量は、感光材料の表面からズームレンズ４に近づく方向（すなわち、物体側）に変動した場合を正とし、ズームレンズ４から遠ざかる方向に変動した場合を負とする。図７の縦軸および横軸に関する当該説明は、後述する図８においても同様である。
【００７６】
上述のように、ズームレンズ４では、大部分のレンズが屈折率温度係数が大きい硝材により形成されており、ズームレンズ４の各レンズを形成する硝材の屈折率温度係数の平均値（以下、「平均屈折率温度係数」という。）は、３．６×１０−６である。平均屈折率温度係数は、ズームレンズ４が有する全てのレンズについて、描画に利用される波長の光（本実施の形態では、波長８０８ｎｍの光）に対する屈折率温度係数をそれぞれ求め、全レンズの屈折率温度係数の和をズームレンズ４に含まれるレンズの枚数で除算することにより求められる。
【００７７】
ズームレンズ４では、平均屈折率温度係数が大きいため、線状光の中央部において結像位置がズームレンズ４側に約５０μｍ変動し、線状光の両端部において結像位置がズームレンズ４側に約２０μｍ変動する。このように、描画の進行に伴って結像位置が大きく変動すると、描画される画像の品質が低下してしまう。そこで、描画開始からの経過時間等に基づいて描画中に結像位置を調整することが考えられるが、描画される画像の内容等も結像位置の変動に影響するため、結像位置の調整には複雑な制御が必要となる。また、線状光の中央部と両端部とで結像位置の変動量が大きく異なるため、線状光の中央部に合わせて結像位置を調整した場合は、線状光の両端部に対応する描画領域にて画像の品質低下が生じ、線状光の両端部に合わせて結像位置を調整した場合は、線状光の中央部に対応する描画領域にて画像の品質低下が生じてしまう。
【００７８】
なお、線状光の中央部における結像位置の変動量が両端部における結像位置の変動量よりも大きくなる原因は、線状光の中央部における光の硝材内光路長が両端部における光の硝材内光路長よりも長く、かつ、線状光の両端部が通過する部位では温度変化が小さいためと考えられる。具体的には、ズームレンズ４はズームレンズ２と同様に、正のパワーを有する両側テレセントリックズームレンズであるため、線状光の中央部における光は、両端部における光に比べて、ズームレンズ４に入射してから出射されるまでの間に透過する硝材の厚さが厚くなる。さらに、レーザ光のエネルギーは中央部の方が高いため、形成される温度変化も周縁部の方が中央部よりも小さくなる。このため、線状光の中央部における光は、両端部における光に比べて、ズームレンズ４の各レンズの屈折率温度係数の影響を大きく受け、その結果、中央部における結像位置の変動量が大きくなる。
【００７９】
図８は、図７と同様に光源部１２１からの波長８０８ｎｍの光をズームレンズ２を介して感光材料９に照射した場合におけるズームレンズ２による結像位置の変動量を示す図である。空間光変調デバイス１２８の１０２４チャンネルのリボン対は全てＯＮ状態であり、ズームレンズ２からの光の感光材料９上におけるパワーは約４０Ｗである。
【００８０】
本実施の形態に係る描画装置１では、ズームレンズ２（図４参照）の各レンズが屈折率温度係数が小さい硝材により形成されており、ズームレンズ２の各レンズを形成する硝材の平均屈折率温度係数は、−０．６×１０−６である。描画装置１のズームレンズ２では、平均屈折率温度係数が小さくかつ負であるため、結像位置の変動量が図８に示すように非常に小さくなり、また、線状光の中央部と両端部とで結像位置の変動量に大きな差は生じない。これは、温度変化によるレンズの表面形状の変化は常に膨張する方向、すなわち、パワーが正になる方向に変化するため、結像位置は物体側へと移動し、一方で、平均屈折率温度係数が負であり、結像位置は像側へと移動してレンズの表面形状の変化による結像位置の変動が抑制されるからである。
【００８１】
描画装置１では、ズームレンズ２の平均屈折率温度係数を、比較例の描画装置のズームレンズ４に比べて大幅に小さくし、かつ、負にすることにより、描画用の線状光の照射により生じるズームレンズ２の部分的な温度上昇による結像位置の変動を抑制することができる。その結果、描画中に結像位置の調整を行うことなく、感光材料９上に描画される画像の品質低下を抑制または防止することができる。また、ズームレンズ２では、結像位置の変動を線状光の全長に亘って抑制することにより、線状光の中央部と両端部とにおける結像位置の変動量の差も小さくなる。したがって、線状光の中央部に対応する描画領域と両端部に対応する描画領域とで、描画される画像の品質差はほとんど生じない、または、生じた場合であっても十分許容範囲に含まれる程度である。なお、仮に、結像位置の調整を行うとしても、線状光の全長に亘って結像位置の変動量が大きく変化しないため、結像位置を容易に調整することができる。
【００８２】
ズームレンズ２の平均屈折率温度係数は、様々な大きさとすることが可能であるが、結像位置の変動を抑制し、画像の品質低下を抑制するという観点からは、画像の描画に利用される波長の光（本実施の形態では、波長８０８ｎｍの光）に対する平均屈折率温度係数は、０．０×１０−６以下であることが好ましい。
【００８３】
ここで、ズームレンズ２に使用されている各レンズの２５ｍｍあたりの内部透過率を足し合わせ、レンズの枚数で除算して得られる平均値を平均透過率と呼ぶ。平均透過率は、ズームレンズでの発熱を考慮して９９．０％以上であることが好ましい。各レンズの２５ｍｍにおける内部透過率も９９．０％以上であることがさらに好ましい。ズームレンズ２の平均透過率は９９．６％以上である。既述のように、硝材の吸収率が１．０％の場合の表面形状変化に対応する屈折率温度係数は２．１×１０−６であることから、平均透過率が９９．０％以上であることを前提として、平均屈折率温度係数は−２．１×１０−６以上であることが好ましいといえる。これにより、レンズの表面形状変化による結像位置の変動量が、屈折率分布により過度に修正されることが抑制される。
【００８４】
描画装置１では、上述のように、ズームレンズ２の部分的な温度上昇による結像位置の変動を抑制することができるため、ズームレンズ２の構造は、ズームレンズを透過する光の光量が大きく、描画中のズームレンズの温度上昇が顕著な描画装置、すなわち、ズームレンズからの光の感光材料上におけるパワーが２５Ｗ以上である描画装置に特に適しており、当該パワーが４０Ｗ以上の描画装置にさらに適している。
【００８５】
図９は、ズームレンズ２に線状光の縦方向のＮＡが異なるレーザ光を入射させたときの結像位置の時間変化を示す図である。実験では、光源側のＮＡを制御することにより、像側のＮＡが０．１６と０．２２になるように調整した。横方向のＮＡは同じである。１分経過後の結像位置の変動量を比較すると、ＮＡが大きい場合の変動量が５４μｍであるのに対して、ＮＡが小さい場合の変動量は９６μｍとなっている。この実験結果においても、結像位置の変動量がＮＡの２乗に反比例することが分かる。
【００８６】
以上のことから、ＮＡを大きくすることにより、ＮＡの２乗に反比例して結像位置の変動量を抑制することができる。したがって、屈折率分布によりレンズの表面形状の変化による結像位置の変動が十分に緩和されない場合は、ＮＡを可能な限り大きくすることが好ましい。
【００８７】
ＣＴＰの場合、最も使用される２４００ｄｐｉの解像度では１０μｍの空間分解能が必要であり、少なくとも０．１のＮＡが必要となる。線状に多数の光変調素子を有する高出力のサーマルＣＴＰの場合、像側のＮＡは０．２以上であることが好ましい。光変調素子の配列方向に対応する横方向と、縦方向とはＮＡを同一にする必要はなく、屈折率分布が生じやすい縦方向のＮＡを大きくすることにより、効果的に結像位置の変動を抑えることができる。
【００８８】
縦方向のＮＡを大きくする場合、線状光の長手方向のパワーが無く、短手方向に負のパワーを有し、少なくとも１つのシリンドリカルから構成されるシリンドリカルレンズ群が、図１の空間光変調デバイス１２８とズームレンズ２との間に挿入される。図１０は、このようなシリンドリカルレンズ群の最も好ましい例を示す図である。図１０に示すシリンドリカルレンズ群６０は、空間光変調デバイス１２８側からシリンドリカル凹レンズ６１およびシリンドリカル凸レンズ６２から構成される。シリンドリカルレンズ群６０を利用することにより、容易に、縦方向と横方向の物点の位置を維持したまま、ズームレンズ２の像側において、縦方向のみのＮＡを大きくすることができる。
【００８９】
なお、シリンドリカルレンズ群６０を構成するレンズの数は２には限定されず、３以上であってもよい。シリンドリカルレンズ群６０の挿入前後において物点が移動しないことにより、ズームレンズ２を含む光学系全体の設計が容易となるが、光学系全体を最初から設計する場合は、シリンドリカルレンズ群６０の挿入前後において物点は移動してもよい。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００９１】
例えば、上述のズームレンズ２における複数のレンズの枚数、形状、配列および材質等は、好ましいズームレンズの一例であり、ズームレンズ２の構成は適宜変更されてよい。空間光変調デバイス１２８はＧＬＶ等の回折格子型の光変調素子には限定されず、他の様々な構造のものが利用されてよい。対象物を保持する保持部は、ドラム部１１と異なる形状のもの（例えば、平板状の対象物を保持するテーブル）であってもよい。
【００９２】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。
【符号の説明】
【００９３】
１    描画装置
２    ズームレンズ
９    感光材料
１１    ドラム部
１３    ヘッド部移動機構
６０    シリンドリカルレンズ群
１２６    レーザ光源
１２７    光源光学系
１２８    空間光変調デバイス
３０１    両凸レンズ
３０２    両凹レンズ
３０３    負メニスカスレンズ
３０４    両凹レンズ
３０５    正メニスカスレンズ
３０６    両凸レンズ
３０７    負メニスカスレンズ
３０８    正メニスカスレンズ
３０９    負メニスカスレンズ
３１０    正メニスカスレンズ
３１１    両凹レンズ
３１２    両凸レンズ
３１３    正メニスカスレンズ
３１４    両凸レンズ
３１５    負メニスカスレンズ
【図１】
2012093695.tif 000022
【図２】
2012093695.tif 000023
【図３．Ａ】
2012093695.tif 000024
【図３．Ｂ】
2012093695.tif 000025
【図４】
2012093695.tif 000026
【図５．Ａ】
2012093695.tif 000027
【図５．Ｂ】
2012093695.tif 000028
【図５．Ｃ】
2012093695.tif 000029
【図５．Ｄ】
2012093695.tif 000030
【図６】
2012093695.tif 000031
【図７】
2012093695.tif 000032
【図８】
2012093695.tif 000033
【図９】
2012093695.tif 000034
【図１０】
2012093695.tif 000035