(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオリソグラフィ装置（１）用照射システム（３０）であって、
個別に制御可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）（３４）の二次元アレイ（３２）を支持する平坦な支持手段と、
前記アレイ（３２）に関連して配置され、前記ＬＥＤの焦点像を造形領域（１６）に投影するようになされたマルチレンズプロジェクタアレイ（４０）と、
を備え、
前記支持手段は、露出したＬＥＤダイによって形成されたものであり、
前記マルチレンズプロジェクタアレイは当該マルチレンズプロジェクタアレイが中央領域の焦点誤差より小さい縁辺領域の焦点誤差を有するような光学面を有し、
前記マルチレンズプロジェクタアレイ（４０）は光学的要素の積層体を備え、前記積層体は、レンズ凸面において前記積層体の中の他の光学的要素と直接接触する複数のレンズを含み、
前記直接接触する凸面レンズが、マルチレンズプロジェクタアレイの幾何学的安定性を増大させる平坦化部分を含んでなり、当該平坦化部分は、内側レンズの平坦化により光軸に沿ってレンズが短くなっている、照射システム。
【請求項２】
前記中央領域の焦点誤差は２５マイクロメートルより大きく、前記縁辺領域の焦点誤差は２５マイクロメートル未満である、請求項１に記載の照射システム。
【請求項３】
前記マルチレンズプロジェクタアレイ（４０）は、前記ＬＥＤのアレイと整合するレンズ（レンズレット；ｌｅｎｓｌｅｔｓ）のアレイを備え、前記マルチレンズプロジェクタアレイ（４０）は、前記ＬＥＤと前記造形領域の間に配置され、二次元アレイの前記ＬＥＤの配置に対応して配置された透明部分（５４）を有する光学マスク（５０）をさらに備え、前記透明部分は、像プロファイル幅全体で、焦点の合った状態で結像できる、プロジェクタアレイに入射する最も外側の光線の最大入射角より大きな角度から発せられた光を入射させることのできる開口絞りを画定する、請求項１に記載の照射システム。
【請求項４】
前記レンズの開口数は０．３より大きい、請求項３に記載の照射システム。
【請求項５】
前記複数のレンズ（４４）は、平凸型マルチレンズアレイ（４１，４２）として形成されたものであり、前記マルチレンズアレイ（４１，４２）の少なくとも１つの凸面は、前記マルチレンズアレイの表面の略全体にわたって配置された接触領域において、前記積層体の前記他の光学的要素と直接接触する、請求項１に記載の照射システム。
【請求項６】
前記積層体の中の前記他の光学的要素は、プラノレンズ（４３）によって、または対向する凸面が前記マルチレンズアレイ（４１）の前記凸面と直接接触するように配置された他のマルチレンズアレイ（４２）によって形成される、請求項５に記載の照射システム。
【請求項７】
前記マルチレンズプロジェクタアレイ（４０）は、前記プロジェクタアレイの表面の略全体にわたって配置された接触領域で支持手段（３１）と直接接触する、請求項６に記載の照射システム。
【請求項８】
前記光学マスク（５０）は、前記マルチレンズアレイの平坦面に、蒸着によって形成される、請求項３に記載の照射システム。
【請求項９】
前記光学マスク（５０）は板状物体である、請求項３に記載の照射システム。
【請求項１０】
前記マルチレンズプロジェクタアレイ（４０）は、
第一のマルチレンズアレイ（４１）と、
第二のマルチレンズアレイ（４２）とを備え、
前記光学マスク（５０）が前記第一のマルチレンズアレイ（４１）と前記第二（４２）のマルチレンズアレイの間に設置される、請求項９に記載の照射システム。
【請求項１１】
前記各ＬＥＤ（３４）は等距離の位置と垂直な行と列に配置される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の照射システム。
【請求項１２】
ステレオリソグラフィ装置（１）用照射システム（３０）であって、
個別に制御可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）（３４）の二次元アレイ（３２）を支持する平坦な支持手段と、
前記アレイに関連して配置され、前記ＬＥＤを造形領域（１６）に投影するようになされたマルチレンズプロジェクタアレイ（４０）と、
を備え、
前記支持手段は、露出したＬＥＤダイによって形成されたものであり、
前記マルチレンズプロジェクタアレイ（４０）は、光学的要素の積層体を備え、前記積層体は、レンズの凸面において前記積層体の少なくとも他の光学的要素と直接接触する複数のレンズ（４４）を備え、
前記直接接触する凸面レンズが、マルチレンズプロジェクタアレイの幾何学的安定性を増大させる平坦化部分を含んでなり、当該平坦化部分は、内側レンズの平坦化により光軸に沿ってレンズが短くなっている、照射システム。
【請求項１３】
前記複数のレンズ（４４）は平凸型マルチレンズアレイ（４１、４２）として形成され、前記平凸型マルチレンズアレイ（４１）の少なくとも１つの凸面は、前記平凸型マルチレンズアレイの表面の略全体にわたって配置された接触領域において直接接触する、請求項１２に記載の照射システム。
【請求項１４】
前記他の光学的要素は、プラノレンズ（４３）によって、または対向する凸面が前記平凸型マルチレンズアレイ（４１）の前記凸面と直接接触するように配置された他のマルチレンズアレイ（４２）によって形成され、それによって平坦なマルチレンズプロジェクタアレイ（４０）が形成される、請求項１２に記載の照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオリソグラフィの分野に関し、より詳しくは、ステレオリソグラフィ装置用の照射システムに関する。なお、本明細書では、本発明でいう「レンズ」とは「レンズレット；ｌｅｎｓｌｅｔｓ」を意味するものであり、これを「小型レンズ」と記載することがある。
【背景技術】
【０００２】
ステレオリソグラフィは、３Ｄ印刷としても知られ、高い精度で部品を造形するためのラピッドプロトタイピングの技術である。単純な構成では、ステレオリソグラフィは液体光硬化型感光性樹脂入りのバットと、樹脂を一度に１層ずつ硬化するためのコンピュータ制御による紫外線レーザが利用されてもよい。形成工程は、基本的に周期的である。造形される部品をスライスしたものの一枚一枚に対応する各層について、レーザ光線のスポットが、液体樹脂の表面上の各断面パターンを追跡する。レーザ光への露出によって、追跡されたパターンは硬化または固化され、その下の層に接着される。ある１層が硬化されると、造形中の部品−これは、感光性樹脂入りのバットに浸漬された昇降台の上に載せられていてもよい−は、１層の厚さ分だけ下降されてもよく、それによってその最上層が再び樹脂の表面の真下に位置付けられ、その結果、次の層を構築することができる。この一連のステップを繰り返すことにより、部品が完成する。
【０００３】
レーザを使用する代わりに、ステレオリソグラフィ装置には、感光性樹脂を選択的に照射するためのＬＥＤとレンズの二次元アレイを備える照射システムが設けられていてもよい。照射システムは全体としては、造形物の位置に関して移動可能に配置されてもよく、その一方で、ＬＥＤは相互に、およびレンズに剛体的に結合されていてもよい。レンズは、ＬＥＤの発光表面を感光性樹脂の表面に結像する役割を果たす。好ましくは、各ＬＥＤは、それ自体の共役像スポットに関連付けられ、特定の数のＬＥＤを備えるアレイがちょうど同じ数の像スポットを生成しうるようになっている。造形中、照射システムは、感光性樹脂の入ったバットに関して走査式に移動されてもよく、その一方で個々のＬＥＤは選択的にオンとオフに切り替えられて、硬化されるべき層の断面パターンにしたがって樹脂の表面を照射する。レーザと比べると、ＬＥＤ照明に基づく照射システムは比較的安価である。それに加えて、同等またはそれ以上の精度が、より速い造形速度で提供される。
【０００４】
経済的な方法で適当な照射システムを製造することは困難である。問題の１つは、十分なパワーを伝送する光学システムを提供することにある。システムによって伝送される光パワーが大きいほど、ステレオリソグラフィ工程の実行速度が速くなる。しかしながら、広角であるというＬＥＤの性質を考えると、ＬＥＤ光をこの光学システムの中に結合させることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０６４３６３
【特許文献２】ＵＳ２００９／０００２６６９Ａ１
【特許文献３】ＥＰ出願０７１５０４４７．６
【特許文献４】ＰＣＴ／ＮＬ２００９／０５０７８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、最先端技術に伴う上記の問題の１つまたはそれ以上を克服または軽減する経済的ソリューションを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的のために、本発明は、ステレオリソグラフィ装置用の照射システムを提供する。この照射システムは、個別に制御可能な広角発光ダイオード（ＬＥＤ）の二次元アレイを支持する平坦な支持手段と、そのアレイに関連して配置され、ＬＥＤの焦点像を造形領域に投影するようになされたマルチレンズプロジェクタアレイとを備える。前記マルチレンズプロジェクタアレイは、その発光縁辺領域の焦点誤差が中央領域の焦点誤差より小さい。
【０００８】
ここで、「焦点誤差」という用語は、光源の１点からの光線によって形成される像面のスポットサイズを示すために使用される。これを「誤差」とするのは、理想的には、像面上のスポットは対応する光源の点と同程度に小さいはずであるからである。一般に、像では重心と像周縁が画定される。ある実施形態において、像縁辺領域は、像周縁に関して重心からの距離が８０％を超える部分に広がり、中央領域は、像周縁に関して重心からの距離が６０％未満の部分に広がる。縁辺領域の像スポットサイズは、ＬＥＤ発光領域の縁辺領域の上の、造形領域上に結像される点のスポットサイズとして定義される。反対に、中央領域の像スポットサイズは、ＬＥＤ発光領域の中央領域の中の、造形領域上に結像される点のスポットサイズとして定義される。中央領域と縁辺領域という用語についての議論に際しては、図５を参照する。
【０００９】
「焦点誤差」の同義語として、「像スポットサイズ」という用語を使用でき、あるいは、図４においてさらに明示される点拡がり関数の平均幅も使用できる。
【００１０】
別の意味において、「焦点誤差」という用語は時々、焦点面と像面の間の距離を定義するために使用され、これは像スポットサイズと一次的な関係を有する。
【００１１】
別の特徴は、マルチレンズプロジェクタアレイが、従来の光学設計における合焦開口数角より大きい角度からの光を投影するように構成されている点である。ここで、合焦開口数角とは、焦点の合った状態で結像できる、最も外側の光線の投影光学システムへの最大入射角として定義される。より具体的には、前記マルチレンズプロジェクタアレイは、焦点の合った状態で結像できる、最も外側の光線がプロジェクタアレイに入る際の最大入射角より大きな角度で発せられるＬＥＤアレイからの光を投影するように配置される。ここで、入射角は、プロジェクタアレイの光軸または法線方向に関して測定される。それゆえ、「合焦開口数」の数値（ＦＮＡ）は、ｎ＊ｓｉｎ（シータｆ）として定義され、この中でシータｆはそのシステムによって良好に合焦される最も外側の光線の角度である。焦点の１つの別の定義は、光線が中央光線の像から約５μｍ以内、好ましくは約２μｍ以内で結像することとしてもよい。
【００１２】
通常、光学システムの設計において、最大入射角は、合焦開口数を超えないように選択される。開口数の周知の特徴は、ＮＡ＝ｎｓｉｎθであり、θはプロジェクタシステムへの光の最大入射角であり（その合焦挙動には無関係）、ｎはプロジェクタの屈折率である。プロジェクタシステムの一般的な開口数の数値は０．２である。１つの特徴付けにおいて、本発明のある態様によるプロジェクタシステムの開口数は、少なくとも約０．３から、０．８までの数値、または０．８より大きい。
【００１３】
本発明により提供されるソリューションは、レンズの設計に応じて、発光面の中央領域上の点と、発光面の縁辺領域の中の点について、ＦＮＡの数値を区別できるという理解に基づいている。本発明者らは、有効なスポット全体の品質のためには、縁辺領域の点のＦＮＡが最も重要であり、レンズ系の光学設計は縁辺領域の点のＦＮＡを大きくし、その一方で中央領域の点のＦＮＡを小さくできるように創出または変更可能であるとの知見を得た。
【００１４】
したがって、マルチレンズプロジェクタアレイは、プロジェクタアレイの焦点品質を特定の方法で緩和することにより、特に２枚までのレンズ積層体のレンズ構成で従来実現できたものより大きな開口数を利用できる。これは、好ましくは、光学面を、像品質が樹脂の中のＬＥＤ像の外側縁辺でのみ補正されるように設計することによって実現される。１つの特徴付けによれば、ＬＥＤ像の外側縁辺部の焦点品質は、中央部分の焦点品質と少なくとも同等またはそれ以上である。一例として、一般的なプロジェクタの設定では、ＬＥＤの中心点は、直径約３０マイクロメートルの領域、たとえば、２５から４０マイクロメートルの範囲の領域の中に結像されるかもしれず、ＬＥＤの周縁点は、直径約２０マイクロメートルの領域、たとえば１０から２５マイクロメートルの範囲の領域の中で結像されるかもしれず、これは、縁辺の焦点品質が中央部分の焦点品質より約１．５倍改善されることを示す。一般に、縁辺領域の焦点品質は、中央領域の焦点品質と少なくとも同等である。さらに、像品質基準は、樹脂の閾値挙動を利用するため、従来求められるものより緩和されるかもしれない。
【００１５】
本発明の別の詳細によれば、マルチレンズプロジェクタアレイは、ＬＥＤアレイと整合するマルチレンズアレイを含んでいてもよく、マルチレンズプロジェクタアレイは、ＬＥＤと造形領域の間に配置された光学マスクをさらに備えていてもよく、また、二次元アレイのＬＥＤの配置に対応するように配置された透明部分を有し、透明部分は、焦点の合った状態で結像できる、最も外側の光線のプロジェクタアレイへの最大入射角より大きな角度から発せられる光の入射を可能にする開口絞りを画定する。
【００１６】
この実施形態において、レンズ系の口径は、マスクの開口絞りによって提供される。この開口絞りは、それゆえ、従来の光学設計のＦＮＡによって提供されるものより大きな開口部を画定してもよい。光学マスクは、ＬＥＤの発光面とイメージングシステムの間のある位置に設置される。
【００１７】
光学マスクは、後述のように、照射システム内の別の位置に設置されてもよいが、好ましくは、フーリエ面に設置される。このような位置に置かれたマスクは、不要な光がイメージングシステムに入り込むのを防止することができ、不要な光はイメージングシステムに入ると分散してしまうため、後の段階で排除することが難しくなる。ある光学マスクとＬＥＤアレイに関して、ＬＥＤの発光面と像面の間の適当な位置では、したがって、マスクが開口絞り、あるいは実際には各発光面につき１つずつの複数の開口絞りの役割を果たすことができるべきである。
【発明の効果】
【００１８】
特に有利なのは、光学マスクを、イメージングシステムの一部であるマルチレンズアレイの受光面、特に平坦面に取り付けることである。光学マスクは、たとえば、フィルムまたはコーティングの形態であってもよい。平坦面のために、光学マスクを取り付けやすく、マルチレンズアレイに取り付けることによって、照射システムの組立中に、マルチレンズアレイに関して別の光学マスクを整合させる必要がなくなる。本発明の上記およびその他の特徴と利点は、本発明の特定の実施形態に関する以下の詳細な説明を、本発明の例を挙げ、これを非限定的な添付の図面と併せて読むことによって、より十分に理解されるであろう。
【００１９】
周知の照射システムとしては、国際公開第２００６／０６４３６３号パンフレットに記載されているものがあり、このシステムでは、複数の光源（ＬＥＤ）の光がマルチレンズアレイによってコリメートされ、基板を基本的に均一に照射する。射出光はわずかに分岐して、出射光が基板上である程度重複する。フィルム状のマスクが、パターニングの目的で、基板の上に設けられる。
【００２０】
同様の照射システムは、米国特許出願公開第２００９／０００２６６９Ａ１号明細書からも知られている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による照射システムを使用できる例示的なステレオリソグラフィ装置の概略断面図である。
【図２】本発明の発明性のある態様を示す概略光線追跡図である。
【図３】マスク構造を含むプロジェクタの実施形態を示す。
【図４】焦点誤差またはスポットサイズの略図である。
【図５】全体的な像プロファイルの略図である。
【図６】本発明による照射システムの特定の実施形態を概略的に示す。
【図７】本発明による照射システムの特定の実施形態を概略的に示す。
【図８】本発明による照射システムの特定の実施形態を概略的に示す。
【図９】本発明による照射システムの特定の実施形態を概略的に示す。
【図１０】ステレオリソグラフィ装置の別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図中、同一の参照番号は同様の要素を示す。図中の要素の大きさ、形状、相対的位置および角度は必ずしも正確な縮尺で描かれているとは限らず、これらの要素のいくつかは、意図的に拡大され、図面がわかりやすくなるような位置に描かれているかもしれない。さらに、図の要素の具体的な形状は、その具体的な要素の実際の形状に関して何らかの情報を伝えようとするものではなく、図の中で認識しやすいように選択されたにすぎないかもしれない。
【００２３】
まず、図１を参照すると、例示的なステレオリソグラフィ装置１の断面図が示されている。装置１は、有形物２、たとえば製造品のプロトタイプまたはモデル等の積層方式による造形のために使用されてもよい。装置１は、キャリアプレート４と、液体貯蔵器１０と、照射システム３０を備える。
【００２４】
造形中、有形物２は、キャリアプレート４から懸下され、キャリアプレート４には、物体２のうちの最初に形成された層と、間接的にはその後形成された層もまた接着されている。キャリアプレート４は、駆動機構（図示せず）によって方向６に移動可能であり、新しい層が形成されるたびに１層の厚さの分だけ上昇される。
【００２５】
液体貯蔵器１０には、液体光硬化性樹脂１４が満たされている。液体貯蔵器１０の底板１２は、照射システム３０により発生された光に対して光学的に透明であり、これについては後述する。底板１２はまた、（部分的に）硬化されるべき液体層１６の片側と境界をなすような造形型として機能する。明らかなように、１層が形成され、キャリアプレート４が１層の厚さ分だけ移動されると、最後に形成された層と底板１２の間のスペースに樹脂１４が充填され、前記液体層１６が形成される。
【００２６】
装置１はまた、液体層１６の所定の領域を選択的に照射するようになされた照射システム３０を備えている。照射の結果、有形物２の固体層１８が得られ、前記層１８は、適用された照射パターンに応じた所定の形状を有する。照射システム３０は、支持手段３１の上に設置されたＬＥＤアレイ３２と、マルチレンズプロジェクタアレイ４０を備えるイメージングシステムを含む。他の実施形態では、所望の構成に応じて、イメージングシステムは、異なる数のマルチレンズアレイ、たとえば、１つだけのマルチレンズアレイおよび／または他の要素を備えていてもよい。
【００２７】
ＬＥＤアレイ３２は、複数のＬＥＤ３４を備える。ＬＥＤ３４は、二次元平面に、好ましくは格子状に配置されて、ＬＥＤが等距離で垂直な行と列をなし、各ＬＥＤが格子点を画定するようになっている。ＬＥＤｓ  ３４の各々は、液体貯蔵器１０の底板１２と対面する発光面３６を有し、これはＬＥＤアレイ３２の二次元平面に略平行である。アレイ３２の中の個々のＬＥＤｓ  ３４を制御、すなわちオフとオン（所望の強度）を切り替えるためにコントローラ３８を設置してもよく、それによって、点灯するＬＥＤの時間により変化する二次元パターンができ、このパターンが液体樹脂層１６の上に投影されうる。
【００２８】
略平坦なマルチレンズプロジェクタアレイ４０がＬＥＤｓ  ３４の発光面３６と選択的に硬化されるべき液体層１６の間に配置される。プロジェクタアレイ４０は複数のレンズ４４、好ましくは各ＬＥＤ  ３４につき１枚のレンズを備える。レンズ４４は、好ましくは、アレイ３２のＬＥＤ３４の配置に対応して配置されてもよい。マルチレンズプロジェクタアレイ４０は平凸型であってもよく、それゆえ、すべてのレンズ４４の平坦面を画定する１つの平坦面４６と、各レンズ４４につき１つの、凸状の部分的に球状の部分４８を複数有する。小型レンズ４４は、図１に示されるように、対向するような向きにあってもよい。これらが集合として、マルチレンズプロジェクタアレイ４０はイメージングシステムを構成し、このシステムは点灯したＬＥＤのパターンを液体層１６の上に結像して、点灯した各ＬＥＤｓ  ３４が液体層１６の所定の領域の上に別の共役スポットを生成するようになされている。マルチレンズプロジェクタアレイ４０は、ガラスやプラスチック等、さまざまな材料で作製できる。
【００２９】
照射システム３０は、液体貯蔵器１０の底板１２の下に移動可能に配置して、照射システム３０が液体貯蔵器１０の底板１２に平行な方向８に移動可能であるようにしてもよい。照射システム３０の運動は上記のコントローラ３８によって制御されてもよく、コントローラ３８はＬＥＤｓ  ３４の点灯も制御する。使用時に、照射システム３０は、ＬＥＤｓ  アレイ３２の行と列の垂直方向とある角度をなすように延びる方向へと直線的に移動してもよく、それによってシステムの有効解像度が向上する。この方式は、本願の出願人の名義による同時係属中の欧州特許出願第０７１５０４４７．６号により詳しく記載されており、この点に関するさらに詳しい情報のために、同出願を引用によって本願に援用する。したがって、図１に示されるステレオリソグラフィ装置１用の照射システム３０は、発光面を有する個別に制御可能な広角発光ダイオード（ＬＥＤｓ）３４の二次元アレイを支持するための平坦な支持手段３１と、アレイに関連して配置され、ＬＥＤ発光面を造形領域１６に投影させるようになされたマルチレンズプロジェクタアレイ４０とを備える。発光面は、ＬＥＤの基板面または、これと同等に、ＬＥＤ基板に隣接させて設置された平坦なマスクによって画定されて、ＬＥＤの焦点像が造形領域１６に提供されるようになっていてもよい。
【００３０】
ＬＥＤアレイとマルチレンズアレイの一般的な幅の寸法は５０×５ｃｍであり、５００×５００ｍｍの造形領域に走査像を投影できる。しかしながら、本発明は、このような寸法に限定されない。他の一般的な数字はプロジェクタの画素数であり、１０，０００から２５０，０００個またはそれ以上の画素が２ｍｍの格子距離に、若干角度をつけて設置され（ｓｌｉｇｈｔｌｙ  ｐｌａｃｅｄ  ｕｎｄｅｒ  ａｎ  ａｎｇｌｅ）、２０マイクロメートルの分解能が実現される（硬化層の厚さは一般に５０マイクロメートル）。有形物２の実現可能な造形速度は一般に、毎時２０ミリメートルまたはそれ以上かもしれない。
【００３１】
光は一般に、３００ｎｍ近傍、特に３００〜４００ｎｍの範囲の紫外線である。
【００３２】
本発明のある態様によれば、マルチレンズプロジェクタアレイ４０は、発光縁辺領域焦点誤差２４０が発光中央領域焦点誤差２４１より小さい、またはそれと同等のＬＥＤアレイから光を照射するように配置される。
【００３３】
縁辺領域焦点誤差２４０の一般的な数値は１５〜２５マイクロメートルの範囲であってもよく、中央領域焦点誤差２４１の一般的な数値は０〜３０マイクロメートルの範囲であってもよい。これは、図２に概略的に示されており、図４と図５にさらに詳しく示されている。
【００３４】
したがって、一般に、像周縁に関して像の重心からの距離が８０〜１００％の範囲にあたる像の外側領域として定義される縁辺領域では、ＬＥＤ発光領域の縁辺領域上の点が、ＬＥＤ発光領域の中央領域上の点が合焦されるスポットサイズより、たとえば少なくとも１．５倍小さいスポットサイズで合焦されることがわかる。
【００３５】
別の態様の例示として、図２は、最大受光錐を画定する光錐の外側光線（周辺光線）２００を示している。しかしながら、光錐の限定部分２１０だけが正確に結像されるかもしれず、この光錐の外では、収差により、レンズ系は正しい像を生成できないかもしれない。この限定的な開口２３０は、プロジェクタアレイの光軸に関して測定した約１７度の入射角θｆを有する、マルチレンズプロジェクタアレイの合焦開口数として示されている。
【００３６】
下表は、数値の例を示す。
【００３７】
【表１】
0006042939.tif 000002
【００３８】
しかしながら、本発明の別の態様によれば、プロジェクタの開口２２０は、前記マルチレンズプロジェクタアレイが従来の光学設計のＦＮＡによって提供されるものより大きな角度から発せられる、ＬＥＤアレイからの光を投影するように配置されるような方法で画定される。この、より大きな角度は、図２において光錐２００によって示されている。こうした開口角の増大によって、マルチレンズプロジェクタアレイの光パワー伝送は、マルチレンズプロジェクタアレイの合焦開口数によって画定されるマルチレンズプロジェクタアレイの最大パワー伝送の５％超、一般には１０％超も、または５０％超も増やすことができることがわかる。実際に、光伝送パワーの増大は、走査速度にとっての直接的な効果を有する。たとえば、総出力が２５０ｍＷのＬＥＤの場合、合焦開口数が０．３のプロジェクタでは約２０ｍＷが伝送される（約０．２５ｓｔｅｒａｄと同等）。開口数０．８を用いた光の伝送では、光パワー伝送は、ＬＥＤから発せられたパワーの略約５０％またはそれ以上まで増大する。
【００３９】
それゆえ、中央イメージング領域内の像スポットの焦点制約を緩和することによって、一般に、あるコストでの出力が高い（高い出力／コスト比）というＬＥＤの利点を利用することができるが、それはまた、従来の光学システムにとって比較的広い発光パターンを有する。一般に、したがって、出力パワーをそれが必要な平面（樹脂平面）に効率的に伝送し、同時にパワーを小さなスポットに集中させる（高い解像度を得る）ことは困難となる。
【００４０】
ＬＥＤの高出力角度とは、光学系の入力側が大きな受光角を持たなければならず、すなわち光学系の入力側に高い開口数がなければならないことを意味する。
【００４１】
光学設計において、ＮＡの増大に伴い、高品質の像の実現がより困難となる。このために、従来の光学系は通常、ＮＡが０．２から０．３または０．２未満でさえある。特殊な利用分野、たとえばウェハスキャナ等の場合、たとえば０．６５のＮＡが使用されるかもしれないが、そうなると、利用可能な像品質を実現するために、光学系はきわめて複雑で高価となる。
【００４２】
本発明において、本発明者らは、イメージングの要求を緩和することによって、高いＮＡでの光学系の複雑さを軽減させており、ＬＥＤ表面の各点が、（標準的光学設計のように）像面（樹脂層）の中で小さな像点に正確に結像される必要がない。その代わりに、本発明で唯一必要なのは、すべての像点の全体（ＬＥＤ発光面の上のすべての点の像）が、その装置の工程で使用するのに十分な精細度（十分に尖鋭な縁辺）を有することである。
【００４３】
たとえば、１００×１００ｎｍの正方形のＬＥＤ発光面を使用して、約１：１の倍率で結像できる。結像された光分布の全体は正方形に近くなるはずであり、縁辺はたとえば幅５０μｍの傾斜を有することができる（像強度曲線の１０％〜９０％の距離）。
【００４４】
このような要求の下で、比較的単純で安価な、たとえばＮＡ＝０．８の光学システムを実現できる。
【００４５】
光学マスク５０が上記の機能を果たすようにするために、光学マスクはＬＥＤｓ  ３４の発光面３６と造形領域、すなわち、選択的に硬化されるべき液体層１６との間に配置されてもよい。一般的な意味において、光学マスク５０は略不透明な平面５２を有し、そこに複数の透明部分または穴５４が設けられる。不透明と透明の概念は、ＬＥＤｓ  ３４によって発せられ、光硬化性樹脂１４を固化するのに適した光の波長に関することが理解される。一般に、これは、波長が３００〜４００ｎｍの範囲の紫外線であるが、当然のことながら適正に応答する樹脂１４の入手可能性を前提として、他の波長の光もまた使用できる。透明部分５４は、好ましくは、アレイ３２のＬＥＤｓ  ３４の配置と整合させて配置されてもよい。これらはさらに、所望の形状、たとえば丸や長方形であってもよい。本発明の別の実施形態において、光学マスク５０は、異なる形態と形状を有していてもよい。これに加えて、マスク５０は、ＬＥＤｓ  ３４から造形領域まで進む光の経路に沿った別の位置に配置されてもよい。図２からわかるように、マスク５０は、たとえばマルチレンズアレイ４１の平坦面に、たとえば別の板状体５２として、または蒸着によって設置されてもよい。あるいは、不透明体５２’によって概略的に示されているように、光錐２００は、ＬＥＤｓ  ３４から離れているが支持手段３１の上に配置されたマスク５２’によって限定することもできる。本発明の原理は、１つのマルチレンズアレイによっても利用できるが、投影品質は、積層型のマルチレンズアレイによって改善できる。したがって、この実施形態においては、マルチレンズプロジェクタアレイ４０は、マルチレンズプロジェクタアレイの光軸に沿って積み重ねられた複数の小型レンズ４４を備える。さらに、マルチレンズプロジェクタアレイ４０は、ＬＥＤｓ  ３４のアレイと整合させた小型レンズ４４のアレイを備え、マルチレンズプロジェクタアレイ４０はさらに、ＬＥＤと造形領域の間に配置された光学マスク５０を備え、二次元アレイのＬＥＤの配置に対応して配置された透明部分５４を有し、透明部分は、プロジェクタアレイに入射する最も外側の光線の、像プロファイル幅全体で焦点の合った状態で結像可能な最大入射角より大きな角度から発せられる光が入射できるような開口絞りを画定する。図２から明らかとなるのは、焦点の合った状態で結像できる最も外側の光線のマルチレンズプロジェクタアレイ入射角が光錐２３０によって画定され、これは造形領域１６の上に正確に結像される最大の光錐である。好ましい実施形態において、一般的な開口数は０．３より大きく、特に、これらの数値はさらに、非球面レンズ表面によって実現される。すなわち、小型レンズ４４は、非球面形状であってもよく、それによって合焦開口数が増大し、および／または、特に像縁辺領域について、結像スポットが最適化される。
【００４６】
図３に示される例示的な実施形態においては、光学マスク５０が２つのマルチレンズアレイ４１、４２の間に配置される。前述の実施形態と同様に、マスク５０は基本的に、ＬＥＤｓ  ３４の発光面３６の、開口数角より大きい角度から送られる光を遮断する開口絞りとして機能する。図２と図３の実施形態においては、光学マスク５０は別の板状物体として構成されているが、あるいは光学マスク５０をたとえば印刷または蒸着によって設置してもよい。
【００４７】
図４は、従来の設計におけるスポットサイズ（図４Ａ）と新規設計によるスポットサイズ（図４Ｂ）についての焦点誤差またはスポットサイズの略図である。上から下に向かって、光源の中心に関する像スポットの距離が１００％（＝最も外側の縁辺領域の像スポット）、８５％、７１％、０％（中央領域の像スポット）として示されている。
【００４８】
現実的なレンズ設計では、光源上の点は、造形面上に完璧な点として結像されない。光源の点は、特定の形状と、ゼロより大きいサイズのポイントスポットまたは像スポットに合焦される。物理の法則によるポイントスポット品質の制約、光学設計の自由度の制限（たとえば、レンズ素子の数の制限）、およびある設計の製造上の誤差がある。光学系において、最終的な形状とサイズは、ある光源の点についての「点拡がり関数」（ＰＳＦ）として知られ、あるいは焦点誤差または像スポットサイズとも呼ばれる。像面のＰＳＦは、たとえばＣＣＤカメラと、対物面の中で移動可能な点光源を使って強度分布を記録することによって測定してもよく、たとえばイメージセンサを像面内に設置し、マスクをＬＥＤ発光領域に設置して、発光領域の非常に小さな部分（たとえば、直径２μｍ）以外のすべてを遮蔽する。すると、マスクの開口は１つの光源点に非常に近いものとなる。
【００４９】
センサについては、たとえば、ＣＣＤカメラで使用されるようなＣＣＤイメージセンサを使用することができる。イメージセンサは、ＰＳＦの形状を正確に分解できるような、十分な分解能（十分に小さい画素、たとえば４μｍまたはそれ以下）を有するべきである。イメージセンサはまた、各画素の出力信号が、その画素によって受け取られる光の強度を表すものとなるように較正するべきである。
【００５０】
１つの数値としてＰＳＦを特徴付けるために、スポット幅、たとえばＰＳＦの半値全幅（ＦＷＨＭ）を使用してもよい。本願で述べるスポット幅の数字は、ＰＳＦのＦＷＨＭの数値として理解するものとする。
【００５１】
本発明の本質は、主として光源の縁辺付近の点の点拡がり関数の小さな平均幅について、縁辺領域の像スポットサイズが比較的小さくなり、光源の中央により近い点のＰＳＦが悪くなり、中央領域の像スポットが比較的大きくなるような光学設計を選択することである。
【００５２】
本発明により最適化された図４Ｂ（右側）を見ると、中央のスポットのＰＳＦが、図４Ａ（左側）に示される一般的な従来の設計より大きく、したがって、より悪くなっていることが示されている。しかしながら、驚くべきことに、光源のすべての点のＰＳＦの合計である、造形表面上の全体のスポットの形状にとっては重要ではない。スポット全体が鮮鋭な縁辺を有するようにするためには、縁辺ポイントのＰＳＦが最も重要である。
【００５３】
したがって、プロジェクタ光学系（造形表面にＬＥＤの発光領域を結像させる）は、光学システムの設計の実践上の標準として使用される最適化において、ＬＥＤ発光領域の縁辺付近の対物点と共役な像点における焦点誤差についてはより強力な重みづけ係数と、ＬＥＤ発光領域の中央付近の対物点と共役な像点における焦点誤差についてはより弱い重みづけ係数を使用して最適化される。１つの実施形態において、中央領域の焦点誤差についての重みづけ係数は、縁辺領域の焦点誤差の重みづけ係数の０％から約５０％である。
【００５４】
ＯＳＬＯまたはＣｏｄｅ−ＶまたはＺＥＭＡＸ等の市販のプログラムをレンズ設計に使用することができ、この場合、制御パラメータを調整して、ある仕様に向けて最適化でき、特に、ＰＳＦを、縁辺領域の点については小さな幅、中央領域の点についてはより大きな幅となるようにする。制御パラメータは、たとえば、それぞれの像のスポットサイズに関連付けられた、光源上の異なる点の残留設計誤差（＝スポットサイズ）の相対的重要性を特定する重みづけ関数であってもよい。ソフトウェア最適化を通じて、光学表面の形状や位置等の設計パラメータを決定することができる。
【００５５】
図５は、一般的な幅１００μｍの発光表面を有するＬＥＤに関する、従来の光学設計（図５Ａ、上）と本発明の光学設計（図５Ｂ、下）による全体的な像プロファイルを示す。したがって、図の強度−距離略図は、重心ＩＡから特定の距離の範囲におよぶ強度プロファイルを有する。強度は、ＡとＢの両方の図について相対的強度［ａ．ｕ．］である。
【００５６】
図中、像には重心ＩＡと像周縁ＩＰが画定される。図から、像周縁は、強度が特定の平均強度、たとえばグラフに示される最大強度の５０％未満まで下降する周縁として定義することができる。
【００５７】
たとえば、縁辺領域ＥＡは、像周縁ＩＰに関して重心ＩＡからの距離が８０％を超える位置、たとえば９０％の位置に広がり、中央領域ＣＡは、像周縁ＩＰに関して重心ＩＡからの距離が６０％未満、たとえば４０％未満の位置に広がる。
【００５８】
明らかに、図５Ｂの全体的な像プロファイルは、図５Ｂに示される像プロファイルより、像周縁付近の縁辺が急峻であるため、より鮮鋭に画定される。たとえば最大強度の５０％で測定される像プロファイルの幅は、それほど差はない（どちらも約１２０μｍ）が、本発明の場合、全体の光エネルギーがこの幅の中にはるかに集中している。本願で開示する設計によれば、より鮮鋭な像プロファイルが可能となるだけでなく、高い受光角（または高いＮＡ）が可能となり、それによって光パワー伝送が増大する。したがって、ある実施形態において、中央領域の焦点誤差は２５マイクロメートルより大きく、縁辺領域の焦点誤差は２５マイクロメートルより小さい。たとえば、中央領域の焦点誤差は２５マイクロルートルより少し上から４０マイクロメートルの間であってもよく、縁辺領域の焦点誤差は１０から２５マイクロメートルの少し下までの範囲である。
【００５９】
従来、約０．２５までのＮＡの数値が使用可能である。これを超えると、より高い光スループットという利点よりスポット品質の低下のほうが問題となる。本発明によれば、０．３０より大きなＮＡの数値を、多くの実施形態に有益な方法で使用することができる。０．５または０．６より大きいＮＡの数値でも、有益に使用することができる。１つの現実的な設計において、発明者らは０．８のＮＡを使用した。
【００６０】
最大の光スループットと同時に、小さな像プロファイルを実現するために、好ましくは、ＬＥＤ光源から造形表面までの倍率は、約１：１が使用される。他の倍率でもよいが、そうすると、像プロファイルが大きくなるか、光スループットが低くなる可能性がある。
【００６１】
ある実施形態において、プロジェクタアレイは、０．８のＮＡ（受光角２×５３．１°）で、１００μｍのＬＥＤを１：１の倍率で結合するように配置される。
【００６２】
１：１より大きな倍率のプロジェクタアレイの例示的態様では、ＬＥＤをプロジェクタアレイに、たとえば１０％近づけて設置することにより、ＮＡ（および光スループット）を増大させてもよい。これによって、受光角の正接もまた１０％増大し、受光角は５５．７°に拡大し、ＮＡはｓｉｎ（５５．７）＝０．８２６となり、すなわち３．３％改善され、光スループットは６．６％改善される。しかしながら、造形表面４５１を約１０％だけさらに遠ざけて設置しなければならないため、像のサイズは２１％大きくなり、像強度は約２７％（１．０６６／１．２１＾２＝０．７３）だけ減少する。それゆえ、像プロファイルは、光スループットのわずか６．６％のゲインのために、２１％大きく拡大される。
【００６３】
反対に、小さなスポットサイズが主に重要である場合、マルチレンズプロジェクタアレイの倍率を１：１より小さくすることができる。これには、ＬＥＤからプロジェクタアレイまでの距離を、たとえば１０％長くして、像プロファイルの幅を短縮させてもよい。すると、受光角は２×５０．２、ＮＡ＝０．７７（−４％）、光スループット９２％（−８％）、像距離−１０％、倍率０．９×０．９＝０．８１（−１９％）、像強度０．９２／（０．８１＾２）＝１．４（＋４０％）となる。しかしながら、現実には、像プロファイルは、縁辺で良好に合焦させることが難しいため、幾分大きいままであるかもしれず、スポットサイズのわずかなゲインのために、光スループットの損失が大きくなる（８％）。
【００６４】
図６と図７において、照射システム３０のいくつかの構造的態様に関する詳細を示す。これらの実施形態は、小型レンズ（４４）が小型レンズの凸面において、その積層体の他の光学的要素（４３）と直接接触する構成の照射システム３０を示す。特に、マルチレンズプロジェクタアレイ（４０）は、光学的要素４１、４２、４３、４５の積層体により形成され、マルチレンズアレイ４１、４２の形態の複数の小型レンズ４４を含み、これらは小型レンズの凸面で、その積層体の中の他の光学的要素４２、４３と直接接触する。
【００６５】
したがって、提供されるステレオリソグラフィ装置１用の照射システム３０は、個別に制御可能な広角発光ダイオード（ＬＥＤ）３４の二次元アレイ３２を支持する平坦支持手段と、アレイに関連して配置され、ＬＥＤを造形領域１６に投影するようになされたマルチレンズプロジェクタアレイ４０とを備え、このマルチレンズプロジェクタアレイ４０は、複数の小型レンズを含む光学的要素の積層体を備え、小型レンズはその凸面で積層体の中の少なくとも他の光学的要素と直接接触する。
【００６６】
特に、これらの実施形態において、マルチレンズプロジェクタアレイ４０はマルチレンズアレイ４１、４２を備え、それぞれが平凸型マルチレンズアレイとして形成され、マルチレンズアレイ４１または４２の少なくとも１つの凸面が、本体表面の略全体にわたって配置された接触領域で、その積層体の他の素子（図６ではプラノレンズ４３、図７では、対向する凸面が直接接触するように配置されたマルチレンズアレイ４２）と直接接触し、プロジェクタアレイ４０はそれゆえ、基本的に、平坦支持手段３１によって支持される剛体を形成する。図６では、スペーサを、支持手段３１と一体に成型され、マルチレンズアレイ４１の平坦面４６と直接接触する、突出する隆条４００として設けてもよい。
【００６７】
２つの実施形態の相違は、２つのマルチレンズアレイ４１、４２の間にプラノレンズ本体４３があるか（図６）ないか（図７）である。どちらの実施形態においても、実装が容易で、高い構造トレランスを有する剛体構造が提供される。特に、支持手段３１は、たとえばアルミニウム板等の剛性支持手段であり、たとえば、ＬＥＤのためのヒートシンクを形成する冷媒チャネルまたは放熱用フィン等、別の冷却構造を備える。このような構造的アセンブリによって、たとえば、樹脂層１６を形成するための樹脂塗布装置６０によって平坦表面に加えられる力を、剛性支持手段３１の中へと導くことができる。
【００６８】
このような樹脂塗布装置６０は、樹脂フォイルガイドであってもよく、これは、造形領域１６と接触しながら移動して、樹脂フォイルを提供するように構成され、一般に、プロジェクタアレイ４０に圧力を加え、ＬＥＤアレイ３２からの適正にパターニングされた照射をさらに増強するために設計される。プロジェクタアレイ４０への圧力は、たとえば加速度等、その他のさまざまな発生源から加えられるかもしれない。このような装置６０の例示的実施形態が、図１０のステレオリソグラフィ装置の中に示されている。
【００６９】
原理上は、光学的構成には厳格な寸法上の誤差が要求されるが、ステレオリソグラフィによる硬化の性質から、硬化層に結像された画素領域は、結像されたＬＥＤ発光面３６と同一でなくてもよく、これによって焦点の合った像形成の制約が緩和される。特に、ある実施形態において、積層されたマルチレンズアレイ４１、４２は、対向する凸面が本体表面の略全体にわたって配置された接触領域上で直接接触するように形成され、それによって平坦な剛性プロジェクタアレイ４０が形成される。ここで、注目すべき点として、直接接触する凸面小型レンズ４４について、若干の平坦化の誤差が許容され、これは、結像された光のうち、平坦化によって影響を受ける（若干焦点がずれる）のは、非常に小さな部分だけであるからである。たとえば、全体の有効レンズ径１．５ｍｍのうちの直径０．１５ｍｍの平坦化部分は、伝送される光全体の約１％にしか影響を与えない。平坦化は、光軸に沿って小型レンズが短くなることから、ＬＥＤ発光表面の直径の約半分であってもよい。この平坦化は、プロジェクタアレイ４０の幾何学的安定性を増大させ、マルチレンズアレイ４１のアセンブリを容易にするために、事前に設計されてもよい。これに加えて、小型レンズはフレネル型であってもよく、この場合、環状レンズ部が提供されるかもしれない。内側レンズ部は平坦か、または少なくとも平坦化されていてもよい。このような小型レンズの構成は、さらに高さ寸法を減少させ、および／またはマルチレンズプロジェクタアレイ４０を安定化させるために使用してもよい。
【００７０】
したがって、図６と図７は、プロジェクタアレイ４０が、表面の略全体にわたって配置された接触領域において、照射システム３０のプロジェクタ支持手段３１と直接接触していることを示している。ここで、表面の略全体にわたって配置された接触領域での接触とは、図６と図７に示されるような隔離された支持手段を有する構成も、プロジェクタアレイ表面４５１にかかる圧力から考えて支持手段のたるみが最小限であるかぎり、包含するものとする。
【００７１】
ある実施形態において、一般に、支持点４００が各光チャネルに設けられ、あるいは２×２の光チャネルごと、または５×５、１０×１０等々ごとに１つの支持点が設けられてもよい。これに加えて、要素表面全体に筋違を設けてもよく、たとえば、保護板４５がその全面積にわたって小型レンズ本体４２によって支持される。
【００７２】
したがって、照射システム３０Ａ、３０Ｂの各構成要素は、積層体の中のそれより下の要素の１つによって支持され、一般的には、少なくとも１つ（全面を支持する構造の場合、たとえば、ある実施形態においては平面４６または後述の樹脂層３３のような透明層）で、または素子の表面の略全体に配置された多くの接触領域で直接接触しているその層自体の真下の支持構造によって支持される。
【００７３】
支持手段は、露出したＬＥＤダイ３４によって形成されてもよい。これには、プロジェクタアレイ４０の平坦面と平坦で均一な接触部を形成することによって、ダイのＺ軸方向のアラインメントを正確に行うことができるという、また別の利点がある。
【００７４】
全体として、好ましくは、開示された実施形態は、小型で剛性の照射システム３０Ａ、３０Ｂを画定する剛性積層体によって形成されている。システム３０は（下から上に）、任意でそれ自体が異なる材料の多数の層で構成される電子基板３１１（プリント回路基板で、おそらくはフレキシブル）と、光学的要素の積層体で形成されたプロジェクタアレイ４０を含む。キャリア３１と次に高い層の間の機械的結合は、たとえば、キャリア３１から上方に突出する一連の畝状部４００であってもよい。あるいは、個々のブロック（それぞれが平坦な上面と下面を有する）、または光源（ＬＥＤ）のための空間を確保するための穴を有する板を配置してもよい（図示せず）。
【００７５】
次に、プロジェクタアレイ４０は、下側マルチレンズアレイ４１によって形成され、これは一般に、透明の、たとえばガラス板４１１によって形成される平坦面４６と、たとえば透明プラスチック製で一般にガラス板４６と接触する平坦な底面を有する小型レンズ４４の層４１２と、その上面に多数の凸面レンズ表面４４を含む。
【００７６】
ある実施形態において、たとえば、ガラス材料の支持板４５と保護フィルム（図示せず）が設けられ、一般に、造形領域１６の上に画定される造形距離は非常に短く、ほとんどゼロである。これは、本発明による大きなＮＡでの造形原理と好都合に組み合わせることができ、必要な造形距離が短くなり、好ましくは（ほとんど）ゼロとなることがわかる。
【００７７】
図６のプラノレンズ本体４３の利点は、凸形状のマルチレンズアレイ４１、４２のＸ−Ｙアラインメントが制御しやすいことである。これに加えて、透明な上平面４５がマルチレンズアレイに取り付けられてもよく、これによって造形領域が交換しやすくなる。図６では、スペーサ４００が支持手段の一体的要素として示されているが、図７のように、分離可能な板状の構造も利用できる。この構造はまた、本発明の原理によれば、マスク構造を画定する開口としての役割を果たすこともできる。
【００７８】
あるいは、図８に示される別の実施形態において、ＬＥＤアレイ３２を含むキャリア３１の間の強化層を形成する樹脂層３２を設けてもよい。樹脂３３は、構造的安定性を改善するのと同時に、光透過性を改善しうる。一般に、樹脂の屈折率は約１．３またはそれより大きく、たとえば１．５であり、光硬化型シリコン樹脂とすることができる。樹脂は硬化型であってもよいが、これに加えて、またはその代わりに、光透過性流体を積層体の他の部分であっても、たとえばマルチレンズアレイ４１、４２の間に設けて、光透過性を改善し、さらに積層体の構造的安定性を改善してもよい。これは、たとえば積層し、密閉し、積層体に所望の屈折率を有する光透過性流体を充填し、おそらくはその流体を硬化させることによって行うことができる。ＬＥＤ材料は一般に、屈折率が約２．５のＡｌＧａＮである。透過性を最適化するために、樹脂は連続層である必要はなく、各ＬＥＤが被覆され、ＬＥＤとその上の光学的部分の間の空間が充填されるかぎり、斑点状に塗布してもよい。適当な樹脂材料は、使用される光線を透過させ、光線はある実施形態において、約３６５ｎｍの紫外線光線であってもよい。材料の屈折率は、好ましくは、光学設計の自由度が得られる１．３より高く、現実には、ＬＤ材料の屈折率と平坦面４６の屈折率の間の数値である。現実的な実施形態では、屈折率ｎ＝約１．５５の、商品名Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４として市販されている樹脂を使用した。他の材料、たとえばアクリレート、ポリカーボネート等を選択してもよい。樹脂層３３の前記液浸露光を行わなければ、伝送損失は約２２％となるかもしれず、この場合、樹脂層の追加によって、伝送損失をわずか約７％まで改善できるかもしれない。したがって、光パワー伝送は約２０％改善される。好都合な点として、樹脂は光硬化型であり、これはＬＥＤｓ  ３４を使って硬化できる。これに加えて、ある実施形態では、剛性スペーサ（図示せず）を硬化性樹脂の中に設置して、構造的安定性を改善する。スペーサは、硬化の後に除去してもよい。あるいは、樹脂の薄膜だけでパワー伝送のための界面を形成できる場合は、スペーサはＬＥＤ表面により形成される。好都合な点として、樹脂はＬＥＤ接合、特に電気回路接合部の機械的完全性を保護する。
【００７９】
図９Ａに示される他の実施形態３０Ｅにおいて、支持手段は、マルチレンズアレイ４２の凸型光学面４４同士の間の凹部に成形された突起４４０として、または照射システム３０Ｆ（図９Ｂ）では中間支持層５０１として実現することができる。あるいは、支持層は、多くの隔離された支持手段、たとえばボール等で形成してもよいが、好ましくは、この層を、光路のための穴を有するように形成された一体型の穴あき板５０１によって形成する。好都合な点として、図３の迷光防止マスク５０をこの目的に使用することができる。
【００８０】
照射装置３０の方位を逆転させて、ＬＥＤが上の平坦面の上に配置し、造形領域を下側に配置してもよい。
【００８１】
図１０は、造形領域１６と接触しながら移動して樹脂フォイルを提供するように構成された樹脂塗布装置６０の別の実施形態を示しており、この塗布装置は一般に、プロジェクタ本体４０に圧力を加え、ＬＥＤアレイ３２からの適正にパターニングされた照射をさらに増強するために設計される。
【００８２】
フレキシブルフォイル１０６の形態の造形型を有するシステム１２０は、出願ＰＣＴ／ＮＬ２００９／０５０７８８号明細書において開示されており、同出願を引用によって本願に援用する。フォイル１０６の上には、液体層１００が形成され、その高さは有形物１５０と接触するように限定される。本願で開示する照射装置の実施形態３０の構成では、ＬＥＤアレイを適当に制御することによって、フォイル１０６と隣接する液体１００の層の所定の領域を固化して、有形物１５０の固体層を形成し、固体層はそれゆえ、所定の形状を有することになる。
【００８３】
照射装置３９の光またはその他の放射によって液体層１００を硬化することができるようにするために、フレキシブルフォイル１０６は好ましくは、その放射を略透過させ、少なくともフィルム１０６は片面だけが透明で、任意で、他の面は光沢がない。
【００８４】
この実施形態において、移動可能なフォイル案内台１８０が造形型１５０の下に配置される。さらに、図の例示的実施形態において、照射装置３０は、移動可能なフォイル案内台１８０の上にフォイル案内要素６０に挟まれるように配置され、フォイル１０６を通して、硬化されていない材料の層を露光させる。
【００８５】
この実施形態において、新しい層が硬化され、分離されるたびに、キャリアプレート（ｚ−ステージ）１５が、その上に硬化された層が接着された状態の有形物５とともに、上方に移動される。したがって、有形物の積層方式の造形方法は周期的方法であり、上記のような位置決め、硬化、分離のステップが一緒にこの方法の１つの周期に含まれる。
【００８６】
図の例において、フォイル６は、照射装置３０からの放射を透過させる。移動可能なｚ−ステージ１４０は、硬化性材料の新しい層が有形物１５０に形成される前に、ｚ方向に移動可能である。
【００８７】
フォイル１０６は、ディスペンサ（図示せず）から有形物１５０へと供給される硬化性の層材料１０を輸送し、除去された、硬化されていない材料を有形物１５０から離れる方向に輸送するように構成することができる。
【００８８】
１つの実施形態において、各層について、フォイル１０６の上に樹脂層を形成し、樹脂を露光させるという２つの加工ステップが常に必要であり、多くの利用分野においては、露光されなかった樹脂を構築表面から除去する（図の例では「剥離する」）ステップも含まれる。
【００８９】
システム１２０には、振動減衰器２００と、保護キャップを設けることができる。コントローラは、システム１２０によって実行される方法ステップを制御するように構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の例示的実施形態について添付の図面を参照しながら説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されないと理解するべきである。特定の実施形態では、本発明の別の態様として、特定の任意の特徴が詳細に示されているが、説明は、特に、別段の断りがなく、物理的に不可能でないかぎり、これらの特徴のあらゆる組み合わせを包含し、具体的に開示するものである。当業者であれば、特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲または精神から逸脱することなく、各種の変更や改変を加えることができよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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