(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）用の照射システム（３０）であって、
−平坦支持手段（３１）と、
−平坦面（４６）において、アレイ（３２）の上方で前記平坦支持手段（３１）の上に機械的に支持され、その上に樹脂層（１６）を受けるように配置された造形面（４５１）を有するマルチレンズプロジェクタアレイ（４０）であって、ＬＥＤを前記樹脂層（１６）に投射するようになされた複数のレンズ（４４）を含む光学的要素の積層体からなるマルチレンズプロジェクタアレイ（４０）と、
−前記平坦支持手段（３１）と前記マルチレンズプロジェクタ（４０）の間に配置された、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）と、
を備え、
−前記平坦支持手段（３１）と前記平坦面（４６）は、前記平坦面（４６）のほぼ全体にわたって配置された接触領域（３３、４００）の上に支持され、前記照射システム（３０）はそれにより、前記造形面（４５１）にかかる圧力から考えて前記平坦支持手段（３１）のたるみが最小限であるようにする剛性構造を形成している、照射システム。
【請求項２】
前記接触領域は、前記剛性支持手段（３１）に一体に成型された複数の突起（４００）によって形成されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項３】
前記接触領域で直接接触している層を支持する支持手段は、ＬＥＤ（３４）によって形成されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項４】
前記接触領域は、穴あき板構造によって形成されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項５】
前記接触領域は、前記ＬＥＤ（３４）を埋めた透明樹脂層（３３）によって形成されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項６】
前記レンズの開口数は０．３より大きい、請求項１に記載の照射システム。
【請求項７】
前記レンズ（４４）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ように配置されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項８】
前記複数のレンズ（４４）は、平凸型マルチレンズ本体（４１，４２）として形成され、前記マルチレンズ本体（４１）の少なくとも１つの凸面は、前記本体表面のほぼ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７に記載の照射システム。
【請求項９】
前記積層体の前記他の光学的要素は、プラノレンズ（４３）によって、または前記本体表面のほぼ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、対向する凸面を有するように配置された別のレンズ本体（４２）によって形成されている、請求項７に記載の照射システム。
【請求項１０】
前記レンズ本体の平坦面には、光学マスク（５０）が設置されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項１１】
光学マスク（５０１）は板状体として形成されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項１２】
前記プロジェクタシステム（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、
光学マスク（５０）が前記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）の間に配置されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項１３】
前記光学マスク（５０１）は、前記マルチレンズアレイ表面のほぼ全体に配置された接触領域上で前記マルチレンズアレイ（４１、４２）を支持するために、光路のための穴を有するように形成されている、請求項１２に記載の照射システム。
【請求項１４】
隔離された多数の支持手段が前記マルチレンズアレイ表面のほぼ全体にわたって配置されている、請求項１２に記載の照射システム。
【請求項１５】
前記複数のレンズ（４４）は、前記本体表面のほぼ全体にわたって配置された接触領域（４４０）の上で前記マルチレンズ本体を支持するための、レンズ層の前記凸状光学面（４４）の間の凹部に成形された支持用突起（４４０）を有する平凸型マルチレンズレット本体（４１、４２）として形成されている、請求項１に記載の照射システム。
【請求項１６】
前記各ＬＥＤ（３４）は、等距離の位置で垂直な行と列に配置されている、請求項１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。
【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、造形中の部品は（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）、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。ワークピースの造形中、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】ＵＳ２００９／０００７６６９Ａ１
【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１用の照射システム３０を提供し、この照射システムは、平坦支持手段３１と、平坦面４６において、アレイ３２の上方で平坦支持手段３１の上に機械的に支持され、樹脂層１６を受けるように配置された造形面４５１を有するマルチレンズプロジェクタアレイ４０であって、ＬＥＤを造形面４５１に投射するようになされた複数の小型レンズ４４を含む光学的要素の積層体からなるプロジェクタアレイ４０と、平坦支持手段３１とマルチレンズプロジェクタ４０の間に配置された、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と、を備える。ある態様によれば、平坦支持手段３１は、平坦面４６のほぼ全体にわたって配置された接触領域３３、４００を通じて、またはこれを介して、平坦面４６を支持し、またはこれと接続され、照射システムはそれゆえ剛性本体３０を形成する。
【０００８】
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こともある。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場合もある。
【０００９】
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。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。これらの先行技術による構造に対して、まず、図１を参照すると、本発明のある態様による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。
【００１０】
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いずれかの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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。好ましい実施形態においては、マルチレンズアレイの小型レンズの数は約１０，０００個から２５，０００個またはそれ以上である。
【００１３】
ＬＥＤアレイ３２は、複数のＬＥＤｓ  ３４を備える。ＬＥＤｓ  ３４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。
【００１４】
略平坦なマルチレンズプロジェクタ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４０は複数のレンズまたは小型レンズ４４を、好ましくは各ＬＥＤｓ  ３４につき１枚ずつ備える。レンズ４４は、好ましくは、アレイ３２のＬＥＤｓ  ３４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ＬＥＤ  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。
【００１５】
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の点灯も制御してよい。ある実施形態においては、別々のコントローラで照射システムの運動とＬＥＤの点灯を制御する。使用時に、照射システム３０は、ＬＥＤ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第０７１５０４４７．６号明細書により詳しく記載されており、この態様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（ＬＥＤ）（３４）の二次元アレイを支持する平坦な支持手段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。
【００１６】
ＬＥＤアレイとマルチレンズアレイの一般的な幅の寸法は約５０×５ｃｍであり、約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、約１０，０００から２５０，０００個またはそれ以上の画素が約２ｍｍの格子距離に、若干角度をつけて設置され（ｓｌｉｇｈｔｌｙ  ｐｌａｃｅｄ  ｕｎｄｅｒ  ａｎ  ａｎｇｌｅ）、約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約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、毎時約２０ミリメートルまたはそれ以上かもしれない。
【００１７】
光は一般に、約３００ｎｍ近傍、特に３００〜４００ｎｍの範囲の紫外線である。
【００１８】
図２に示される例示的実施形態において、光学マスク５０は２つのマルチレンズアレイ４１、４２の間に設置される。マスク５０は基本的に、ＬＥＤ３４の発光面３６の、開口数角より大きい角度から入射する光を遮断する開口絞りとしての役割を果たす。図２と図３の実施形態では、光学マスク５０は別の板状体として構成されているが、代案としては、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。
【００１９】
光学マスクは、後述のように、照射システムの中の別の位置に設置されてもよいが、光学マスクは好ましくは、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】
【００２０】
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。平坦面であることから、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、本発明を例示しているが限定はしていない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。
【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】マスク構造を含むプロジェクタの実施形態を示す。
【図３】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４】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５】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】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３と図４には、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）と直接接触する照射システム３０の実施形態が示されている。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、小型レンズ本体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。
【００２３】
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。
【００２４】
特に、これらの実施形態において、マルチレンズレンズプロジェクタアレイ（４０）は小型レンズ本体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、小型レンズ本体４１または４２の少なくとも１つの凸面が、本体表面のほぼ全体にわたって配置された接触領域４４で、その積層体の他の要素（図３のプラノレンズ４３）と直接接触する。
【００２５】
図４では、この、他の光学的要素は、対向する凸面が直接接触するように配置された小型レンズ本体４２によって形成され、プロジェクタ４０はそれゆえ、平坦支持手段３１によって支持される、基本的に剛性の本体を形成する。図３においては、スペーサを、支持手段３１と一体に成型され、小型レンズ本体４１の平坦面４６と直接接触する、突出する畝状部４００として設けてもよい。
【００２６】
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３）ないか（図４）である。どちらの実施形態も、実装が容易で、高い構造精度を有する剛体構造が提供されるという利点を有する。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。
【００２７】
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。プロジェクタ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７のステレオリソグラフィ装置によって開示される。
【００２８】
原理上は、光学的構成には厳格な寸法上の精度が要求されるが、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、積層された小型レンズ本体４１、４２は、対向する凸面が本体表面のほぼ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本体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、光軸付近で、ＬＥＤＳの画像を、光強度を持たせずに投影させることができるからである。このことは、硬化層の画素領域が結像されたＬＥＤ発光面３６と同一でなくてもよく、それによって焦点の合った像形成の制約が緩和されるという本発明の原理を確認する。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、プロジェクタ本体４０の幾何学的安定性を増大させ、小型レンズ本体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／またはレンズプロジェクタ本体４０を安定化させるために使用してもよい。
【００２９】
したがって、図３と図４は、プロジェクタ積層体４０が、表面のほぼ全体にわたって配置された接触領域４００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、表面のほぼ全体にわたって配置された接触領域４００での接触とは、図３と図４に示されるような隔離された支持手段を有する構成も、プロジェクタ積層体表面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。
【００３０】
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等の光チャネルごとに１つの支持点が設けられてもよい。これに加えて、要素表面全体が支持されていてもよく、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。
【００３１】
したがって、好ましくは照射システム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坦面４６または後述の樹脂層３３のような透明層）（下記参照）の、または要素の表面のほぼ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。
【００３２】
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、プロジェクタ積層体４０の平坦面４６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。
【００３３】
全体として、好ましくは、開示された実施形態は、照射システム３０Ａから３０Ｆの中に開示されているような、小型で剛性の照射システム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）。
【００３４】
次に、プロジェクタ本体４０は、下側レンズアレイ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４６によって形成される平坦面と、たとえば透明プラスチック製の小型レンズ４４の層４１２を含み、層４１２は一般に、ガラス板４６と接触する平坦な底面と、上面には多数の凸面レンズ表面４４を有する。
【００３５】
これに加えて、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）を、一般に、造作領域１６上の造形距離を非常に短く、ほとんどゼロとするように設けることができる。これは、本発明による大きなＮＡでの造作原理と好都合に組み合わせることができ、必要な造作距離が短くなり、好ましくは（ほとんど）ゼロとなることがわかる。
【００３６】
図３のプラノレンズ本体４３の利点は、凸形状の小型レンズ本体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、これによって造形面が交換しやすくなる。図３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４のように、別の板状構造も利用できる。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。
【００３７】
あるいは、図５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３３を設けてもよい。樹脂３３は支持手段の構造的安定性を改善するかもしれず、これは、支持手段４００（図３に示される）の間の平坦面４６のたるみを防止できるからである。同時に、ＬＥＤｓ  ３４とプロジェクタ４０の間の光透過性を改善できる。さらに、プロジェクタ本体の周囲の密封するべき縁辺の大きさを減少させ、またはすべて省いてもよく、それによってプロジェクタが軽量化、小型化される。一般に、樹脂の屈折率は約１．３またはそれ以上、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。樹脂は熱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別の場所、たとえば小型レンズアレイ４１、４２の間に供給して、光透過性を改善させ、さらに積層体の構造的安定性を向上させてもよい。これは、たとえば、積層し、密封し、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、実際には、ＬＥＤ材料の屈折率と平坦面４６の屈折率の間の数値である。実際的な実施形態では、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。
【００３８】
樹脂層３３の前記液浸露光を行わなければ、ＬＥＤからのアウトカップリングとプロジェクタからのインカップリングの間の伝送損失は約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。
【００３９】
図６Ａに示される他の実施形態３０Ｅにおいて、支持手段は、レンズ層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６Ｂ）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２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。
【００４０】
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され、造形領域が下側に配置されるようにしてもよい。
【００４１】
あるいは、図６Ｂに示されるように、発光ダイオード（ＬＥＤ）３４のアレイ３２は、ベアダイを平坦面４６と接触するように整列させ、それと同時に支持手段３１の上に配置された回路基板（図示せず）からの電気接点を有するように配置されてもよい。
【００４２】
さらに好ましくは、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。
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。
【００４３】
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。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考案または変更可能であるとの知見を得た。
【００４４】
したがって、マルチレンズプロジェクタアレイは好ましくは、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、約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。
【００４５】
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。
【００４６】
図７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。
【００４７】
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、かつ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。
【００４８】
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、その放射をほぼ透過させ、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かまたは透明である。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
【００５５】
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７】
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【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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