(57)【要約】【課題】立体造形物を良好な光エネルギー効率、高い造形精度、寸法精度、速い造形速度で、且つ簡単で安価な装置によって生産性良く製造するための光学的立体造形方法および装置の提供。【構成】光源から出射された光を偏光分離素子の偏光分離面で振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、偏光分離面で分離された一方の偏光は偏光分離素子を通過させて描画マスクの方へと向かわせ、偏光分離面で分離されたもう一方の偏光は偏光分離面で反射させた後に偏光分離素子を通過しないように再反射、散乱および／または吸収させ、偏光分離素子を通過した前記一方の偏光を液晶シャッターを有する描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して描画マスクのマスク画像に対応する所定の断面形状パターンを有する光硬化樹脂層を形成することからなる本発明の光学的立体造形法および装置。【選択図】      図１
2004216730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性樹脂組成物からなる造形面に液晶シャッターを有する描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して造形面を形成し、該光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する操作を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって、
・偏光分離面を有する偏光分離素子を用いて、光源または光出射手段から出射された光を偏光分離素子の偏光分離面で振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し；
・偏光分離面で分離された一方の偏光は偏光分離素子を通過させて描画マスクの方へと向かわせ；
・偏光分離面で分離されたもう一方の偏光は偏光分離面で反射させた後に偏光分離素子を通過しないように再反射、散乱および／または吸収させ；
・偏光分離素子を通過した前記一方の偏光を、微小エリアでの遮光および透光が可能な液晶シャッターを有する描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して、描画マスクのマスク画像に対応する所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する；
ことを特徴とする光学的立体造形方法。
【請求項２】
偏光分離素子として、２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子を用い；
光源または光出射手段から出射された光を、偏光分離素子の偏光分離面Ａ１およびＡ２のそれぞれで振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、分離した一方の偏光は偏光分離素子を通過させて描画マスクの方に向かわせ、もう一方の偏光は偏光分離面Ａ１およびＡ２のそれぞれで反射させ；
偏光分離面Ａ１で反射させた該もう一方の偏光を偏光分離面Ａ２の方に向かわせて偏光分離面Ａ２で再反射させると共に偏光分離面Ａ２で反射させた該もう一方の偏光を偏光分離面Ａ１の方向に向かわせて偏光分離面Ａ１で再反射させることによって、該もう一方の偏光が偏光分離素子を通過しないようにする；
ことからなる請求項１に記載の光学的立体造形方法。
【請求項３】
偏光分離素子として、２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１およびＡ２の対称面位置に遮光面Ｂを配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子を用い；
光源または光出射手段から出射された光を、偏光分離素子の２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２のそれぞれで振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、分離した一方の偏光は偏光分離素子を通過させて描画マスクの方に向かわせ、もう一方の偏光は偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射させ；
偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射させた該もう一方の偏光を遮光面Ｂに向かわせて遮光面Ｂで再反射、散乱および／または吸収させることによって、該もう一方の偏光が偏光分離素子を通過しないようにする；
ことからなる請求項１に記載の光学的立体造形方法。
【請求項４】
偏光分離素子として、偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子を用い；
光源または光出射手段から出射された光を、偏光分離面Ａ３により振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、分離した一方の偏光は偏光分離面Ａ３を通過させて描画マスクの方に向かわせ、もう一方の偏光は偏光分離面Ａ３で反射させ；
偏光分離面Ａ３で反射させた該もう一方の偏光を遮光面Ｂに向かわせて遮光面で再反射、散乱および／または吸収させることによって、該もう一方の偏光が偏光分離素子を通過しないようにする；
ことからなる請求項１に記載の光学的立体造形方法。
【請求項５】
偏光分離素子を通過した前記一方の偏光を集光レンズを通して描画マスクに供給すると共に、描画マスクを通った所定のマスク画像の光を投影レンズを通して造形面に照射する請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学的立体造形方法。
【請求項６】
・光源または光出射手段；
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離する偏光分離面を有し、偏光分離面で分離した該２つの偏光のうちの一方の偏光は偏光分離素子を通過させ、もう一方の偏光は偏光分離面で反射させた後に偏光分離素子を通過しないように再反射、散乱および／または吸収させるようにした偏光分離素子；
・偏光分離素子の下流側に配置した、微小エリアでの遮光および透光が可能な複数の微小液晶シャッターからなる描画マスク；および、
・光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成する手段；
を有することを特徴とする光学的立体造形装置。
【請求項７】
偏光分離素子が、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１と偏光分離面Ａ２の対称面位置に遮光面Ｂを配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；または、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離して該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ且つもう一方の偏光を反射させる偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；
である請求項６に記載の光学的立体造形装置。
【請求項８】
偏光分離素子の偏光分離面が、光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して４０°〜５０°の角度で配置されている請求項６または７に記載の光学的立体造形装置。
【請求項９】
光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離する偏光分離面を有し、偏光分離面で分離した該２つの偏光のうちの一方の偏光は偏光分離素子を通過させ、もう一方の偏光を偏光分離面で反射させた後に偏光分離素子を通過しないように再反射、散乱および／または吸収させるようにした偏光分離素子；並びに、
偏光分離素子の下流側に配置した、微小エリアでの遮光および透光が可能な複数の微小液晶シャッターからなる描画マスク；
を有する光学装置であって、前記偏光分離素子が、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１と偏光分離面Ａ２の対称面位置に遮光面を配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；または、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離して該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ且つもう一方の偏光を反射させる偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；
であることを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
偏光分離素子における偏光分離面が、光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して４０°〜５０°の角度で配置されている請求項９に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学的立体造形方法、光学的立体造形装置および光学装置に関する。より詳細には、本発明は、光硬化性樹脂組成物を用いて、各種の立体造形物を、構造が簡単で且つ安価な装置を使用して、高い光エネルギー効率、高い造形精度および速い造形速度で、生産性良く製造することのできる光学的立体造形方法、そのための光学的立体造形装置、およびそれらに有効に用い得る光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、三次元ＣＡＤに入力されたデータに基づいて光硬化性樹脂を硬化させて立体造形物を製造する光学造形方法および装置が実用化されている。この光造形技術は、設計の途中で外観デザインを検証するためのモデル、部品の機能性をチェックするためのモデル、鋳型を製作するための樹脂型、金型を製作するためのベースモデルなどのような複雑な三次元物体を容易に造形できる。
【０００３】
光学造形方法によって造形物を製造するに当たっては、造形浴を用いる方法が汎用されており、その手順としては、造形浴に液状の光硬化性樹脂を入れ、液面に所望のパターンが得られるようにコンピューターで制御されたスポット状の紫外線レーザー光を選択的に照射して所定の厚みに光硬化させて硬化樹脂層を形成し、その硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて造形浴内の光硬化性樹脂液を該硬化樹脂層上に流動させて光硬化性樹脂液の層を形成させ、その光硬化性樹脂液層にスポット状の紫外線レーザー光を照射して硬化樹脂層を形成し、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行う方法が広く採用されている。
【０００４】
しかしながら、スポット状の紫外線レーザー光を用いる上記した従来法による場合は、１個のスポット状レーザー光を光硬化性樹脂の表面に照射しながら移動させて面状の光硬化したパターンを形成するいわゆる点描方式であるため、造形に長い時間を要し、生産性が低いという問題がある。しかも、光源として用いられる紫外線レーザー装置は極めて高価であり、そのためこの種の光学的立体造形装置を高価格なものにしている。
【０００５】
スポット状レーザー光を用いる上記した従来技術における問題点を解消し、造形速度を向上させることを目的として、スポット状レーザー光の代わりに、面状マスクを使用し、該面状マスクを介して、造形しようとする断面形状パターンに応じた光を光硬化性樹脂よりなる造形面に面状に照射して照射部分の光硬化性樹脂を面状に硬化させる光造形方法が開発されている。そして、面状マスクを用いるそのような光造形技術として、微小ドットエリアの透光および遮光が可能な液晶シャッターよりなる描画マスクを用いる方法が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００６】
周知のように、光はいくつもの振動面をもって振動しているが、光は、現象的には、図５に示すように、水平方向に振動面を有する振動波（偏光）（Ｐ波）と鉛直方向に振動面を有する振動波（偏光）（Ｓ波）に分離できる。
前記した特許文献１〜４などに記載されている従来の光学的立体造形装置では、その液晶シャッターよりなる描画マスクとして液晶ディスプレー装置などで使用されているのと同様の液晶シャッターが用いられており、液晶シャッターの入口側と出口側の両面に、２枚の偏光フィルム（偏光板）がその偏光方向を互いに直交させて配置されている。そのような液晶シャッターでは、光源などから照射された光は、入口側に配置した偏光フィルムによってその偏光フィルムと同じ偏光方向に偏光される。すなわち、前記したＰ波またはＳ波のうち、入口側の偏光フィルムの偏光方向と同じ方向に振動面を有するＰ波またはＳ波のいずれか一方の偏光のみが入口側の偏光フィルムを通して液晶へと導かれ、液晶内に入射した偏光は、電圧の負荷の有無や強弱によって生ずる液晶の配列状態と出口側に配置した偏光フィルムの偏光方向の協同によるマイクロスイッチ作用（オン・オフ作用）によって、液晶シャッターを通過するかまたは液晶シャッターでストップされ、それによって所定の面状マスク画像が形成され、該面状マスク画像に対応した所定の形状パターンの光が光硬化性樹脂よりなる造形面に照射されて、所定の光硬化した断面形状パターンが造形面に形成される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜４のなどの従来技術で用いられている液晶シャッターよりなる描画マスクを用いた場合には、液晶の入口側に配置した偏光フィルムによって、光源などから出射された光の光量が大幅に低下する。すなわち、入口側の偏光フィルムを通過した時点で、光量が通過前の約１０〜３０％にまで低減してしまい、光エネルギー効率が著しく低いものであった。特に、光学的立体造形で一般に用いられている紫外線は波長が短いために、偏光フィルムによって吸収され易く、それに伴って光量の低減が著しく、液晶シャッターの入口側に配置した偏光フィルムの通過後には通過前の約１０％程度にまで光量が低下してしまうというのが現状であった。
そのため、特許文献１〜４などに記載されている従来技術による場合は、光硬化性樹脂よりなる造形面に照射される光の強度が不足し、光硬化性樹脂の硬化に時間を要し造形速度が低下したり、硬化が不十分になって造形精度が低下するなどの問題を生じていた。液晶シャッターよりなる描画マスクを用いるかかる従来技術において、造形精度や造形速度の低下などの問題を回避しようとする場合は、高エネルギーの光を照射しなければならず、そのためには高エネルギー光の照射が可能な高価な光源を使用する必要があり、エネルギー効率、コストなどの点で問題があった。
【０００８】
一方、光学的立体造形装置ではないが、液晶シャッターを用いてなるプロジェクターなどの光学装置において、液晶シャッターの入口側に偏光フィルムを配置することに伴う上記した光量の低下を防止することを目的として、液晶の入口側に偏光フィルム（偏光板）を配置する代わりに、レンズアレイ、偏光分離素子（ＰＳ分離膜）、１／２波長位相遅延素子（１／２λ波長板）などを配置し、光源からの光をレンズアレイを用いて集光し、集光した光をＰＳ分離膜を用いて振動方向が互いに直交する２つの偏光（Ｘ−Ｙ面を振動面とするＰ波とＸ−Ｚ面を振動面とするＳ波）に分離すると共に該２つに分離された偏光（Ｐ波またはＳ波）のうちの一方をＰＳ分離膜を通し、もう一方を反射膜で反射させ、該２つの偏光のうちのいずれか一方の偏光方向を１／２波長位相遅延素子（１／２λ波長板）によって９０°回転させて、２つの偏光の振動方向（偏光方向）を同一に揃えて液晶シャッターに供給するようにした、例えば図６に示すような光学装置が知られている。
【０００９】
また、その外にも、液晶スイッチの入口側（上流側）に、回折格子などを用いた偏光分離素子、第１レンズアレイ、位相差板（波長位相遅延素子）、第２レンズアレイなどを順に配置して光源からの光の振動方向を同一に揃えて液晶スイッチに供給するようにした投写型投影装置（例えば特許文献５参照）や、光源からの光をレンズアレイを用いて集光し、それを方解石などの複屈折性結晶を通して常光と異常光に分離し、前記常光と異常光のうちの一方を１／２波長位相遅延素子によって９０°回転させて両方の光の振動方向を同一に揃えて液晶ライトバルブ（液晶シャッター）に供給するようにした光学装置（例えば特許文献６の特許請求の範囲等を参照）などが知られている。
【００１０】
さらに、例えば図７に示すように、ガラスなどからなる透明体内に、偏光分離面と反射面を交互に斜めに配置すると共に、反射面部位の光入射側に遮蔽板を配置し、偏光分離面部位および反射面部位のいずれか一方の光出射側に１／２波長位相遅延素子を配置した、単一偏光形成用の光学装置が知られている（例えば特許文献６の段落０００６および図９などを参照）。
この光学装置では、入射した光（Ｐ波とＳ波の混合波）は偏光分離面によって振動方向が互いに直交する２つの偏光（Ｐ波とＳ波）に分離されると共に該２つに分離された偏光（Ｐ波またはＳ波）のうちの一方の偏光（図７ではＰ波）は偏光分離面を通過し、もう一方の偏光（図７ではＳ波）は偏光分離面で反射された後にさらに反射面で反射されてその走行方向が偏光分離面を通過した該一方の偏光（図７ではＰ波）と同じ方向に揃えられる。走行方向を揃えた該２つの偏光（Ｐ波またはＳ波）のうちのいずれか一方の偏光（図７ではＰ波）は、その走行路に配置された１／２波長位相遅延素子（１／２λ波長板）によって９０°回転させられてその偏光方向（振動方向）が変換され、光学装置からは振動方向を同じくする単一の偏光（図７ではＳ波）が出射される。
この光学装置において、反射面部位の光入射側に配置した遮蔽板は、反射面部位の外部から光（Ｐ波とＳ波との混合波）が入射して、偏光分離面で互いに分離された一方の偏光（Ｐ波またはＳ波）（図７ではＳ波）と交じりあってしまって、その単一偏光（図７ではＳ波）状態が損なわれないようにするために設けられている。
【００１１】
図６〜図７、特許文献５〜６などに記載されている上記した従来の光学装置では、液晶シャッターに入射させる光の偏光を単一のものとするために偏光フィルムを用いずに、偏光分離素子（ＰＳ分離膜）または複屈折性結晶と共に、１／２波長位相遅延素子（１／２λ波長板）や位相差板などを用いており、それによって液晶シャッターの入口側に偏光フィルム（偏光板）を用いた場合に比べて光量の大きな低下を防止することができる。
しかしながら、これら従来の光学装置は、いずれも偏光分離素子で互いに分離した２つの偏光を、振動方向（偏光方向）の同じくする１つの偏光に揃えるために、１／２波長位相遅延素子を必須にしている。
さらに、図６、特許文献５、特許文献６（特に特許請求の範囲）等に記載されている従来の光学装置は、偏光分離素子の上流側または下流側に高価なレンズアレイ（フライアイレンズ）を配置したり、高価な回折格子を用いたり、複屈折性結晶などを用いる必要がある。
そのため、これら従来の光学装置は、構造が複雑で、高価であり、設計や開発に労力や時間を要する。しかも、特許文献６の光学装置で使用されている方解石などの複屈折性結晶は、大きなサイズのものが入手しにくいことから、液晶シャッターに供給する偏光（偏光の方向を一方向に揃えた偏光）の面積を大きくすることができず、そのために光硬化性樹脂よりなる造形面に大面積のマスク画像を投影できず、大型の造形物の製造が困難である。
【００１２】
しかも、図６〜図７、特許文献５〜６などに記載されているこれら従来の光学装置では、偏光分離素子によってＰ波とＳ波とに分離する際や、偏光分離素子によって分離されたＰ波またはＳ波のいずれか一方の偏光の振動方向を１／２波長位相遅延素子を用いてもう一方の偏光の振動方向と同じに揃える際などに、光エネルギーロスなどによって光強度の不均一が生じ易い。そのため、１／２波長位相遅延素子を経た後に出射される光は、その偏光方向（光の振動方向）はＰ方向またはＳ方向のいずれかに単一に揃えられてはいるものの、光の強度にムラがある。例えば、図６の光学装置では、ＰＳ分離膜（偏光分離膜）を直接通過したＰ波と、ＰＳ分離膜で反射させたＳ波を１／２λ波長板を通してその振動方向をＰ方向に変えたＰ波との間には、同じＰ波であっても光強度に差がある。
そのため、これら従来の光学装置を光学的立体造形に用いた場合には、液晶シャッターよりなる描画マスクを通して造形面に照射される光の強度が不均一になり、それに伴って造形精度の低下、得られる立体造形物の強度ムラ、外観不良などを生じ易い。これら従来の光学装置において、偏光分離素子および１／２波長位相遅延素子を経て出射される単一の偏光でのそのような光強度ムラを防止するためには、照度均一化手段をその光路途中に配置する必要があり、光学装置を一層複雑でしかも高価なものにしている。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６２−２８８８４４号公報
【特許文献２】
特開平３−２２７２２２号公報
【特許文献３】
特開平７−２９０５７８９号公報
【特許文献４】
特開平８−１１２８６３号公報
【特許文献５】
特開平１０−１９７８２７号公報
【特許文献６】
特開２０００−１８０２６２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光源などから出射される光の光量低下が少なく、高い光エネルギー効率で、小型の立体造形物から大型の立体造形物まで、高い造形精度で、しかも速い造形速度で、生産性良く製造することのできる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
さらに、本発明の目的は、紫外線レーザー、レンズアレイ、複屈折性結晶、結晶格子からなる偏光分離素子などのような高価な装置や手段を用いずに、しかも１／２波長位相遅延素子をも使用する必要がなく、簡単で安価な装置で、通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いて、高い光エネルギー効率で、立体造形物を高い造形精度で且つ高速で生産性良く製造することのできる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
そして、本発明の目的は、簡単で且つ安価な装置で、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に、液晶シャッターよりなる描画マスクを介して、光強度（照度）の均一な光を照射することができ、それによって造形精度、力学的特性などに一層優れる高品質の立体造形物を製造することのできる光学的立体造形方法および光学的立体造形装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく本発明者は鋭意検討を重ねてきた。その結果、液晶シャッターよりなる描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して、所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を順次形成して立体造形物を製造する光学的立体造形方法および光学的立体造形装置において、光源または光出射手段から出射された光を、偏光分離素子の偏光分離面で振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該分離された２つの偏光のうちで偏光分離面を通過した一方の偏光のみを液晶シャッターよりなる描画マスクを介してそのまま直接造形面に照射し、偏光分離面で分離した（反射させた）もう一方の偏光は描画マスクの方向に向かわないように再反射、散乱および／または吸収させるようにすると、高価な紫外線レーザー、フライアイレンズ（レンズアレイ）、高価な偏光分離素子や複屈折性結晶などを用いることなく、更には上記した従来のこの種の光学装置で必須であった１／２波長位相遅延素子をも使用することなく、極めて簡単な装置で、光源からの光を４５％以上の高い光量（光エネルギー強度）を維持しながら、単一の振動方向を有する単一の偏光形態で液晶シャッターを備えた描画マスクに導くことができ、それによって小型の立体造形物から大型の立体造形物まで、極めて良好な光エネルギー効率で、高い造形精度、速い造形速度で、生産性良く製造できることを見出した。
しかも、この方法による場合は、偏光分離素子を経て描画マスクに供給される単一偏光の光強度（照射強度）にムラが無く、全体が均一であるために、目的とする立体造形物を高い造形精度で製造することができ、しかも得られる立体造形物は力学的特性、外観などにおいて極めて優れていることを見出した。
【００１６】
さらに、本発明者は、かかる方法によって立体造形物を製造するに当たっては、偏光分離素子として、
・２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；
・２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１およびＡ２の対称面位置に遮光面を配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；または、
・偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に該偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で遮光面を配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子；
が、好ましく用いられることを見出し、それらの知見に基づいて本発明を完成した。
【００１７】
すなわち、本発明は、
（１）  光硬化性樹脂組成物からなる造形面に液晶シャッターを有する描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して造形面を形成し、該光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する操作を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって、
・偏光分離面を有する偏光分離素子を用いて、光源または光出射手段から出射された光を偏光分離素子の偏光分離面で振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し；
・偏光分離面で分離された一方の偏光は偏光分離素子を通過させて描画マスクの方へと向かわせ；
・偏光分離面で分離されたもう一方の偏光は偏光分離面で反射させた後に偏光分離素子を通過しないように再反射、散乱および／または吸収させ；
・偏光分離素子を通過した前記一方の偏光を、微小エリアでの遮光および透光が可能な液晶シャッターを有する描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して、描画マスクのマスク画像に対応する所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する；
ことを特徴とする光学的立体造形方法である。
【００１８】
そして、本発明は、
（２）  偏光分離素子として、２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子を用い；
光源または光出射手段から出射された光を、偏光分離素子の偏光分離面Ａ１およびＡ２のそれぞれで振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、分離した一方の偏光は偏光分離素子を通過させて描画マスクの方に向かわせ、もう一方の偏光は偏光分離面Ａ１およびＡ２のそれぞれで反射させ；
偏光分離面Ａ１で反射させた該もう一方の偏光を偏光分離面Ａ２の方に向かわせて偏光分離面Ａ２で再反射させると共に偏光分離面Ａ２で反射させた該もう一方の偏光を偏光分離面Ａ１の方向に向かわせて偏光分離面Ａ１で再反射させることによって、該もう一方の偏光が偏光分離素子を通過しないようにする；
ことからなる前記（１）の光学的立体造形方法である。
【００１９】
さらに、本発明は、
（３）  偏光分離素子として、２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１およびＡ２の対称面位置に遮光面Ｂを配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子を用い；
光源または光出射手段から出射された光を、偏光分離素子の２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２のそれぞれで振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、分離した一方の偏光は偏光分離素子を通過させて描画マスクの方に向かわせ、もう一方の偏光は偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射させ；
偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射させた該もう一方の偏光を遮光面Ｂに向かわせて遮光面Ｂで再反射、散乱および／または吸収させることによって、該もう一方の偏光が偏光分離素子を通過しないようにする；
ことからなる前記（１）の光学的立体造形方法である。
【００２０】
また、本発明は、
（４）  偏光分離素子として、偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子を用い；
光源または光出射手段から出射された光を、偏光分離面Ａ３により振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、分離した一方の偏光は偏光分離面Ａ３を通過させて描画マスクの方に向かわせ、もう一方の偏光は偏光分離面Ａ３で反射させ；
偏光分離面Ａ３で反射させた該もう一方の偏光を遮光面Ｂに向かわせて遮光面Ｂで再反射、散乱および／または吸収させることによって、該もう一方の偏光が偏光分離素子を通過しないようにする；
ことからなる前記（１）の光学的立体造形方法である。
【００２１】
また、本発明は、
（５）  偏光分離素子を通過した前記一方の偏光を集光レンズを通して描画マスクに供給すると共に、描画マスクを通った所定のマスク画像の光を投影レンズを通して造形面に照射する前記（１）〜（４）のいずれかの光学的立体造形方法である。
【００２２】
そして、本発明は、
（６）・光源または光出射手段；
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離する偏光分離面を有し、偏光分離面で分離した該２つの偏光のうちの一方の偏光は偏光分離素子を通過させ、もう一方の偏光は偏光分離面で反射させた後に偏光分離素子を通過しないように再反射、散乱および／または吸収させるようにした偏光分離素子；
・偏光分離素子の下流側に配置した、微小エリアでの遮光および透光が可能な複数の微小液晶シャッターからなる描画マスク；および、
・光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成する手段；
を有することを特徴とする光学的立体造形装置である。
【００２３】
さらに、本発明は、
（７）  偏光分離素子が、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子［以下これを「偏光分離素子（２ａ）」ということがある］；
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１と偏光分離面Ａ２の対称面位置に遮光面Ｂを配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子［以下これを「偏光分離素子（２ｂ）」ということがある］；または、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離して該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ且つもう一方の偏光を反射させる偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子［以下これを「偏光分離素子（２ｃ）」ということがある］；
である前記（６）の光学的立体造形装置である。
【００２４】、
また、本発明は、
（８）  偏光分離素子の偏光分離面が、光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して４０°〜５０°の角度で配置されている前記（６）または（７）の光学的立体造形装置である。
【００２５】
そして、本発明は、
（９）  光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離する偏光分離面を有し、偏光分離面で分離した該２つの偏光のうちの一方の偏光は偏光分離素子を通過させ、もう一方の偏光を偏光分離面で反射させた後に偏光分離素子を通過しないように再反射、散乱および／または吸収させるようにした偏光分離素子；並びに、
偏光分離素子の下流側に配置した、微小エリアでの遮光および透光が可能な複数の微小液晶シャッターからなる描画マスク；
を有する光学装置であって、前記偏光分離素子が、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子（２ａ）；
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１と偏光分離面Ａ２の対称面位置に遮光面Ｂを配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子（２ｂ）；または、
・光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離して該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ且つもう一方の偏光を反射させる偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子（２ｃ）；
であることを特徴とする光学装置；および、
（１０）  偏光分離素子における偏光分離面が、光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して４０°〜５０°の角度で配置されている前記（９）の光学装置；
である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明の光学的立体造形方法は、光硬化性樹脂組成物の表面に描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施し、該光硬化性樹脂組成物の表面（造形面）に描画マスクを介して制御下に光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する操作を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する造形操作を採用して行われ、本発明の光学的立体造形装置はそのような光学的立体造形技術において用いるものである。
【００２７】
本発明の造形操作は、一般に、液状の光硬化性樹脂組成物を充填した造形浴中に造形テーブルを配置し、造形テーブルを下降させることによって造形テーブル面に１層分の液状の光硬化性樹脂組成物層（造形面）を形成させ、それに描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化した樹脂層（以下「光硬化層」ということがある）を形成した後、造形テーブルを更に下降させて該光硬化層面に１層分の液状の光硬化性樹脂組成物層を形成させて描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う、造形浴法を採用して行うことができる。
【００２８】
また、前記した本発明の造形操作は、例えば、気体雰囲気中に造形テーブルを配置し、その造形テーブル面に１層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施して描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を形成した後、該光硬化層面に１層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施して前記描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う方法を採用して行うこともできる。この方法による場合は、造形テーブルまたは光硬化層を上向きにしておき、その上面に光硬化性樹脂組成物を施し描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、造形テーブルまたは光硬化層を垂直または斜めに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面上に光硬化性樹脂層を施し描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、或いは造形テーブルまたは光硬化層を下向きに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂層組成物を施し描画マスクを介して光照射して順次下方に光硬化層を積層形成してゆく方式を採用してもよい。造形テーブル面または光硬化層面へに光硬化性樹脂組成物を施すに当たっては、例えば、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などの適当な方法を採用することができる。
【００２９】
本発明では、上記した光造形操作を行うに当たって、描画マスクとして、微小エリアでの遮光および透光が可能な複数の微小液晶シャッターを備えた描画マスク（以下これを「液晶描画マスク」ということがある）を用いる。そして、上流から下流側に向かって、光源または光出射手段、偏光分離素子および液晶描画マスクの順で配置してある。液晶描画マスクによって形成された所定のマスク画像を通して、造形面形成装置によって形成された光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に所定のパターン形状の光が照射されて、造形面に所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層が形成される。
【００３０】
偏光分離素子は偏光分離面を有し、光源または光出射手段から出射された光は偏光分離面で振動方向が互いに直交する２つの偏光（Ｐ波とＳ波）に分離され、互いに分離されたＰ波とＳ波のうちの一方のみが偏光分離面（偏光分離素子）を通過して液晶描画マスクの方向へと進む。もう一方の偏光（Ｐ波が偏光分離面を通過する場合はＳ波、Ｓ波が偏光分離面を通過する場合はＰ波）は、偏光分離面で反射された後、偏光分離面（偏光分離素子）を通過しないように、再反射、散乱および／または吸収させる。
【００３１】
本発明の光学的立体造形技術で用いる偏光分離素子としては、偏光分離素子に入射した光を振動方向が互いに直交する２つの偏光（Ｐ波とＳ波）に分離する偏光分離面を有し、且つ該分離した２つの偏光のうちの一方の偏光のみが偏光分離素子を通過し、もう一方の偏光は偏光分離面（偏光分離素子）を通過しないような構造を有する偏光分離素子であればいずれも使用できる。
そのうちでも、本発明では、偏光分離素子として以下の偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）が好ましく用いられる。
【００３２】
・偏光分離素子（２ａ）：
光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子。
・偏光分離素子（２ｂ）：
光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離し、該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ、もう一方の偏光を反射させる２つの偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１と偏光分離面Ａ２の対称面位置に遮光面Ｂを配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子。
・偏光分離素子（２ｃ）：
光源または光出射手段から出射された光を振動方向が互いに直交する２つの偏光に分離して該２つの偏光のうちの一方の偏光を通過させ且つもう一方の偏光を反射させる偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で対向配置した構造部を１組以上有する偏光分離素子。
【００３３】
何ら限定されるものではないが、本発明で好ましく用いられる偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）について、以下に図を参照して説明する。図１は偏光分離素子（２ａ）の代表例、図２は偏光分離素子（２ｂ）の代表例、および図３は偏光分離素子（２ｃ）の代表例を示す。
まず、図１を参照して偏光分離素子（２ａ）について説明する。
偏光分離素子（２ａ）は、偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置した構造部を１組または２組以上有する（図１では該構造部を２組配置した状態を図示）。振動方向が互いに直交する２つの偏光（Ｐ波とＳ波）（Ｐ波を実線、Ｓ波を点線で図示）を含む光源または光出射手段（図示せず）から出射された光は、偏光分離面Ａ１およびＡ２により分離され、該２つの偏光のうちの一方の偏光（図１ではＰ波で例示）は偏光分離面Ａ１およびＡ２を通過する。もう一方の偏光（図１ではＳ波で例示）は偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射される。偏光分離面Ａ１で反射された偏光（Ｓ波）は、偏光分離面Ａ１に対向配置した偏光分離面Ａ２の方向へと進み、偏光分離面Ａ２によって再反射されて入射方向（光源または光出射手段）へと戻る。また、偏光分離面Ａ２で反射された偏光（Ｓ波）は、偏光分離面Ａ２に対向配置した偏光分離面Ａ１の方向へと進み、偏光分離面Ａ１によって再反射されて入射方向（光源または光出射手段）へと戻る。
偏光分離素子（２ａ）において、光源または光出射手段からの光の進行方向に対する偏光分離面Ａ１およびＡ２の配置角度α１およびα２は、一方の偏光（例えばＰ波）のみをより高率で偏光分離素子（２ａ）を通過させ且つもう一方の偏光（例えばＳ波）は偏光分離素子（２ａ）を完全に通過しないようにする点から、４０°〜５０°であることが好ましく、４２°〜４８°であることがより好ましく、４５°であることが更に好ましい。
【００３４】
偏光分離素子（２ａ）では、図１に見るように、高価なレンズアレイ（フライアルレンズ）、複屈折性結晶、結晶格子などのような光学部材を何ら使用せずに、さらには１／２波長位相遅延素子をも何ら使用せずに、２つの偏光分離面Ａ１とＡ２をＶ型に面対称状態で対向配置するだけで、光源または光出射手段から出射された２つの偏光（Ｐ波およびＳ波）のうちの一方の偏光（図１ではＰ波）のみを偏光分離素子（２ａ）を通過させ、もう一方の偏光（図１ではＳ波）を反射させて、偏光分離素子（２ａ）の下流側に配置した液晶描画マスク（図示せず）に、振動方向が１つの方向に揃った単一の偏光（図１ではＰ波）のみを極めて効率良く入射させることができる。偏光分離素子（２ａ）では、光源または光出射手段から出射された２つの偏光（Ｐ波およびＳ波）のうちの一方の偏光（例えばＰ波）のみが偏光分離面Ａ１およびＡ２を通って偏光分離素子（２ａ）から出射され、もう一方の偏光（例えばＳ波）の偏光方向（振動方向）を１／２波長位相遅延素子を用いて一方の偏光（Ｐ波）の偏光方向（振動方向）に揃えて、偏光分離面を通過した一方の偏光と一緒にして液晶描画マスクへと供給するという操作を行わないため、偏光分離素子（２ａ）から出射した一方の偏光（例えばＰ波）は全体に均一で光強度（照度）などにムラがない。そのため、偏光分離素子（２ａ）を通過した単一の偏光を液晶描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射（光強度）の均一な光を照射することができ、それによって造形精度、力学的特性、外観などに極めて優れる立体造形物を得ることができる。
【００３５】
次に、図２を参照して偏光分離素子（２ｂ）について説明する。
偏光分離素子（２ｂ）は、偏光分離面Ａ１およびＡ２をＶ型の面対称状態で対向配置すると共に偏光分離面Ａ１と偏光分離面Ａ２の対称面位置（中央位置）に遮光面Ｂを配置した構造部を１組または２組以上有する（図２では該構造部を２組配置した状態を図示）。振動方向が互いに直交する２つの偏光（Ｐ波とＳ波）（Ｐ波を実線、Ｓ波を点線で図示）を含む光源または光出射手段（図示せず）から出射された光は、偏光分離面Ａ１およびＡ２により分離され、該２つの偏光のうちの一方の偏光（図２ではＰ波で例示）は偏光分離面Ａ１およびＡ２を通過する。もう一方の偏光（図２ではＳ波で例示）は偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射される。偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射されたもう一方の偏光（Ｓ波）は、偏光分離面Ａ１と偏光分離面Ａ２との間に配置した遮光面Ｂに衝突し、偏光分離面Ａ１およびＡ２を通過しないように、遮光面Ｂで再反射、散乱および／または吸収される。
遮光面Ｂとしては、光吸収体（例えばカーボンブラックなどのような黒色顔料を用いて形成した光吸収体）または反射体が好ましく用いられる。遮光面Ｂが光吸収体からなる場合は、偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射されたもう一方の偏光（Ｓ波）は遮光面Ｂ（光吸収体）によって吸収されるため、該もう一方の偏光（Ｓ波）が偏光分離素子（２ｂ）を通過するのを阻止することができる。また、遮光面Ｂが反射体からなる場合は、偏光分離面Ａ１およびＡ２で反射された偏光（Ｓ波）は、遮光面Ｂ（反射体）によって再反射されて偏光分離面Ａ１およびＡ２の方向へと逆戻りし、偏光分離面Ａ１およびＡ２で再々反射されて入射方向（光源または光出射手段）へと戻る。
【００３６】
偏光分離素子（２ｂ）において、光源または光出射手段からの光の進行方向に対する偏光分離面Ａ１およびＡ２の配置角度α１およびα２は４０°〜５０°であることが好ましく、４２°〜４８°であることがより好ましく、４５°であることが更に好ましい。また、偏光分離面Ａ１およびＡ２と遮光面Ｂのなす角度β１およびβ２は、４０°〜５０°であることが好ましく、４２°〜４８°であることがより好ましく、４５°であることが更に好ましい。前記角度α１、α２、β１およびβ２を前記角度にすることによって、一方の偏光（例えばＰ波）のみがより高率で偏光分離素子（２ａ）を通過し且つもう一方の偏光（例えばＳ波）は偏光分離素子（２ａ）を完全に通過しないようにすることができる。
【００３７】
偏光分離素子（２ｂ）は、偏光分離素子（２ａ）と同様に、高価なレンズアレイ（フライアルレンズ）、複屈折性結晶、結晶格子などのような光学部材を何ら使用せずに、さらには１／２波長位相遅延素子をも何ら使用せずに、２つの偏光分離面Ａ１とＡ２をＶ型に面対称状態で対向配置し、両偏光分離面Ａ１とＡ２の面対称位置（中央部）に遮光面Ｂを配置するだけで、光源または光出射手段から出射された２つの偏光（Ｐ波およびＳ波）のうちの一方の偏光（例えばＰ波）のみを偏光分離素子（２ｂ）を通過させ、もう一方の偏光（例えばＳ波）を遮光面Ｂで再反射、散乱および／または吸収させて、偏光分離素子（２ｂ）の下流側に配置した液晶描画マスク（図示せず）に、振動方向が１つの方向に揃った単一の偏光（例えばＰ波）のみを極めて効率良く入射させることができる。
偏光分離素子（２ｂ）では、光源または光出射手段から出射された２つの偏光（Ｐ波およびＳ波）のうちの一方の偏光（例えばＰ波）のみが偏光分離面Ａ１およびＡ２を通って偏光分離素子（２ｂ）から出射され、もう一方の偏光（例えばＳ波）についてはその偏光方向（振動方向）を１／２波長位相遅延素子を用いて一方の偏光（例えばＰ波）の偏光方向（振動方向）に揃えて前記一方の偏光と一緒にして液晶描画マスクに供給するという操作が行われないため、偏光分離素子（２ｂ）から出射した一方の偏光（例えばＰ波）は全体に均一で光強度（照度）などにムラがない。そのため、偏光分離素子（２ｂ）を通過した単一の偏光を液晶描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照度（強度）の均一な光を照射することができ、それによって造形精度、力学的特性、外観などに極めて優れる立体造形物を得ることができる。
【００３８】
図３を参照して偏光分離素子（２ｃ）について説明する。
偏光分離素子（２ｃ）は、偏光分離面Ａ３を光源または光出射手段から出射された光の進行方向に対して斜め方向に配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度β３で対向配置した構造部を１組または２組以上有する（図３では該構造部を４組配置した状態を図示）。振動方向が互いに直交する２つの偏光（Ｐ波とＳ波）（Ｐ波を実線、Ｓ波を点線で図示）を含む光源または光出射手段（図示せず）から出射された光は、偏光分離面Ａ３により分離され、該２つの偏光のうちの一方の偏光（図３ではＰ波で例示）は偏光分離面Ａ３を通過する。もう一方の偏光（図３ではＳ波で例示）は偏光分離面Ａ３で反射される。偏光分離面Ａ３で反射された該もう一方の偏光（Ｓ波）は、偏光分離面Ａ３に所定の角度β３で対向配置した遮光面Ｂに衝突し、偏光分離面Ａ３を通過しないように、遮光面Ｂで再反射、散乱および／または吸収される。
遮光面Ｂとしては、偏光分離素子（２ｂ）におけるのと同様に、光吸収体または反射体が好ましく用いられる。遮光面Ｂが光吸収体からなる場合は、偏光分離面Ａ３で反射されたもう一方の偏光（例えばＳ波）は遮光面Ｂ（光吸収体）によって吸収されるため、該もう一方の偏光（例えばＳ波）が偏光分離素子（２ｃ）を通過するのを阻止することができる。また、遮光面Ｂが反射体からなる場合は、偏光分離面Ａ３で反射された該もう一方の偏光（例えばＳ波）は、遮光面Ｂ（反射体）によって再反射されて偏光分離面Ａ３の方向へと逆戻りし、偏光分離面Ａ３で再々反射されて入射方向（光源または光出射手段）へと戻る。
【００３９】
偏光分離素子（２ｃ）において、光源または光出射手段からの光の進行方向に対する偏光分離面Ａ３の配置角度α３は４０°〜５０°であることが好ましく、４２°〜４８°であることがより好ましく、４５°であることが更に好ましい。また、偏光分離面Ａ３と遮光面Ｂのなす角度β３は、４０°〜５０°であることが好ましく、４２°〜４８°であることがより好ましく、４５°であることが更に好ましい。角度α３およびβ３を前記角度にすることによって、一方の偏光（例えばＰ波）のみがより高率で偏光分離素子（２ｃ）を通過し且つもう一方の偏光（例えばＳ波）は偏光分離素子（２ａ）を完全に通過しないようにすることができる。
【００４０】
偏光分離素子（２ｃ）は、偏光分離素子（２ａ）および（２ｂ）と同様に、高価なレンズアレイ（フライアルレンズ）、複屈折性結晶、結晶格子などのような光学部材を何ら使用せずに、さらには１／２波長位相遅延素子をも何ら使用せずに、偏光分離面Ａ３を光の進行方向に対して斜めに配置すると共に遮光面Ｂを偏光分離面Ａ３に対して所定の角度で配置するだけで、光源または光出射手段から出射された２つの偏光（Ｐ波およびＳ波）のうちの一方の偏光（例えばＰ波）のみを偏光分離素子（２ｃ）を通過させ、もう一方の偏光（例えばＳ波）を遮光面Ｂで再反射、散乱および／または吸収させて、偏光分離素子（２ｃ）の下流側に配置した液晶描画マスク（図示せず）に、振動方向が１つの方向に揃った単一の偏光（例えばＰ波）のみを極めて効率良く入射させることができる。そして、偏光分離素子（２ｃ）では、光源または光出射手段から出射された２つの偏光（Ｐ波およびＳ波）のうちの一方の偏光（例えばＰ波）のみが偏光分離面Ａ３を通って偏光分離素子（２ｃ）から出射され、もう一方の偏光（例えばＳ波）については偏光方向（振動方向）を１／２波長位相遅延素子を用いて一方の偏光（例えばＰ波）の偏光方向（振動方向）に揃えて該一方の偏光と一緒に液晶描画マスクに供給するという操作が行われてないため、偏光分離素子（２ｃ）から出射した一方の偏光（例えばＰ波）は全体に均一で光強度（照度）などにムラがない。そのため、偏光分離素子（２ｃ）を通過した単一の偏光を液晶描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に均一の光強度（照度）で照射することができ、それによって造形精度、力学的特性、外観などに極めて優れる立体造形物を得ることができる。
【００４１】
偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）は、透明ガラス、透明プラスチックなどを基材として用い、該基材内に偏光分離面Ａ１、Ａ２、Ａ３および遮光面Ｂが例えば図１〜図３などで例示したような配置状態で配置されているようにし、偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）全体ではほぼ板状をなすようにして形成することができる。その際に、透明基材上に１つの偏光分離面を有するパーツを製造しておき、複数のパーツを図１〜図２の構造に組み立てることによって偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）を作製することもできる。偏光分離面の基材への形成方法は特に制限されず、この種の光学製品の製造において従来から採用されているいずれの方法を採用してもよい。
【００４２】
偏光分離素子（２ａ）における偏光分離面Ａ１−偏光分離面Ａ２よりなる構造部の組数、偏光分離素子（２ｂ）における偏光分離面Ａ１−遮光面Ｂ−偏光分離面Ａ２よりなる構造部の組数、および偏光分離素子（２ｃ）における偏光分離面Ａ３−遮光面Ｂよりなる構造部の組数は、製造を目的とする立体造形物のサイズ、光源の種類や大きさ、偏光分離面Ａ１、Ａ２、Ａ３のサイズ、液晶描画マスクのサイズなどに応じて適宜決めることができる。前記構造部を複数組配列する場合は、隣り合う構造部同士を、図１〜図３に示すように密接させて配置することが好ましく、それによって偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）から出射される単一の偏光の光密度を均一にすることができる。
【００４３】
本発明の実施に当たっては、例えば、図４に例示するように、光源または光出射手段（１）、偏光分離素子（２）［好ましくは偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）のいずれか；図１では偏光分離素子（２ａ）を使用］および液晶描画マスク（３）をこの順で配置し、必要に応じて、偏光分離素子（２）と液晶描画マスク（３）との間に集光レンズ（４）を、液晶描画マスク（３）と造形面（５）との間に投影レンズ（６）を配置して光学的立体造形を行う。
【００４４】
本発明の光学的立体造形で使用する光源の種類は特に制限されず、光学的立体造形で使用され得る光源であればいずれでもよく、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプ、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、ＬＤレーザー（半導体励起固体レーザー）などを挙げることができる。特に、本発明による場合は、スポット状の光を造形面に照射する光学的立体造形法で従来用いられてきたレーザー光装置のような高価な光源を使用せずに、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプなどのような安価な汎用の光源を使用することができ、そのために、光学的立体造形装置を安価で使用し易いものとすることができる。
光源の形状、大きさ、数も特に制限されず、描画マスクの形状や寸法、形成しようとする光硬化断面形状パターンの形状やサイズなどに応じて適宜選択することができ、光源は、例えば、点状、球状、棒状、面状であってもよいし、また点状や球状の光源を描画マスクの背部側に直接状に一列または複数列で配置してもよい。
さらに、光源からの光を偏光分離素子に直接供給する代わりに、光源からの光を光ファイバー、ライトガイドやその他の光伝達手段を通してロットレンズなどの光出射手段に導き、その光を偏光分離素子に供給する（導く）ようにしてもよい。また、造形速度の向上のために複数の光源を用いて集光し光エネルギーを高くさせる方式を採ってもよい。特に光ファイバーやライトガイドなどを使用する場合は複数光源を集光させ易いというメリットがある。
【００４５】
上記において、偏光分離素子（２）を通過した振動方向が同じ方向に揃った単一の偏光（Ｐ波またはＳ波のいずれか）を、液晶描画マスク（２）に直接導くか、または図４に示すように場合により集光レンズ（４）などによって集光した後に液晶描画マスク（３）に導く。本発明の光学的立体造形装置で用いられる液晶描画マスク（３）は、その入口側に光量の大きな低下をもたらす従来汎用の偏光フィルムを有しておらず、上記した偏光分離素子（２）［好ましくは偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）のいずれか］によって、当初の４５％以上の高い光量を維持したままで単一の振動方向を有する偏光として液晶描画マスク（３）に効率よく導かれる。
液晶内に導かれた単一の振動方向を有する偏光は、液晶描画マスク（３）において、電圧の負荷の有無や強弱によって生ずる液晶の配列状態と液晶描画マスク（３）の出口側に配置した偏光フィルム［図４では液晶描画マスク（３）の出口側に配置した偏光フィルムの図示を省略］の偏光方向の協同によるマイクロスイッチ作用（オン・オフ作用）によって形成される所定の面状マスク画像を通して、所定の形状パターンの光が、光硬化性樹脂よりなる造形面（５）に照射されて、光照射された箇所の樹脂が硬化し、所定の光硬化した断面形状パターンの硬化層が造形面に形成される。
【００４６】
上記において、図４に例示するように、液晶描画マスク（３）と光硬化性樹脂組成物よりなる造形面（５）との間に、投影レンズ（６）などを配置して、液晶描画マスク（３）を通して出射された所定のマスク画像光を投影レンズ（６）で結像してから造形面（５）に照射するようにすると、より鮮明が光硬化層を形成させることができ、立体造形物の造形精度が一層向上する。
【００４７】
マイクロスイッチ作用（オン・オフ作用）によって所定の描画マスク画像を形成させるための液晶描画マスク（３）の形状、構造、サイズ、画素数、種類などは特に制限されず、入口側（単一の振動方向に揃えた偏光の導入側）に偏光フィルム（偏光板）が配置されておらず、出口側（光の導出側）にのみ偏光フィルム（偏光板）を配置した液晶描画マスク、出口側（光の導出側）にビームスプリッターを配置した液晶描画マスクなどであって、所望のマスク画像を形成し得る微小液晶シャッターを有する液晶描画マスクであればいずれも使用できる。
液晶描画マスク（３）は、例えば、長方形、正方形、横方向に長い短冊形、またはその他の形状を有していてもよい。
液晶描画マスク（３）でのマスク画像の形成方式としては、例えば、形成されるべきマスク画像に関する情報を予めコンピューターなどに記憶させておき、その情報に応じて、造形時の各層ごとに液晶描画マスク５によるマスク画像を変化させる方式などを採用することができる。
【００４８】
本発明では、偏光分離素子（２）のサイズ（面積等）、光源または光出射手段からの設置距離、照明を行う光学系などを調整することによって、製造しようとする立体造形物のサイズや形状などに応じて、小さな面積から広い面積にわたるマスク画像を形成させることができる。
さらに、本発明では、液晶描画マスクを用いる上記特許文献１〜４に記載されているような従来の光学的立体造形技術で生じていたような、造形面での光強度のムラの発生を防ぐことができ、かかる点からも、造形精度を向上させることができる。
【００４９】
本発明の光学的立体造形装置を用いて立体造形を行うに当たっては、光源または光源からの光の出射手段（光出射手段）（１）、偏光分離素子（２）、液晶描画マスク（３）などの装置を固定した状態にしておいて、光造形時に光硬化性樹脂組成物の１層ごとに液晶描画マスク（３）で形成されるマスク画像に対応するパターンの光を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面（５）に照射してもよいし、または光源または光源からの光出射手段（１）、偏光分離素子（２）、液晶描画マスク（３）などの装置を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面（５）に対して連続的に移動させ、その際に液晶描画マスク５によるマスク画像も移動に合わせて動的に変化させながら光硬化性樹脂組成物よりなる造形面（５）にマスク画像に対応する光を照射して光硬化性樹脂を硬化させながら造形を行ってもよい。
【００５０】
本発明の光学的立体造形装置および光学的立体造形方法による場合は、単一の振動方向に揃えられた偏光の光量、すなわち液晶描画マスク（３）に導入される時点での偏光の光量（光の強さ、照度など）が、光源や光出射手段から出射される光の光量（光の強さ、照度など）の４５％以上に維持される。そして、かかる４５％以上という高い光量維持率は、光源や光出射手段から出射される光が、光学的立体造形において広く用いられている短波長の紫外線であっても殆ど変わらないので、本発明による場合は、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に液晶描画マスク（３）で形成されるマスク画像に対応した所定のパターンを有する高エネルギーの光を照射することができ、それによって寸法精度、外観、力学的特性に優れる立体造形物を、速い造形速度で生産性よく製造することができる。
【００５１】
本発明で用いる光硬化性樹脂組成物の種類は特に制限されず、光造形に用い得る液状、ペースト、粉末状、薄膜状などの光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用できる。
本発明では、光硬化性樹脂組成物として、光造形において従来から用いられている、例えば、ウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、エステルアクリレートオリゴマー、多官能エポキシ樹脂などの各種オリゴマー；イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルメタクリレート、ジシクロペタニルアクリレート、ジシクロペタニルメタクリレート、ボルニルアクリレート、ボルニルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、モルホリンアクリルアミド、モルホリンメタクリルアミド、アクリルアミドなどのアクリル系化合物やＮ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、酢酸ビニル、スチレンなどの各種の単官能性ビニル化合物；トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ポリエステルジアクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールＡジアクリレート、トリス（アクリロキシエチル）イソシアヌレートなど多官能性ビニル化合物；水素添加ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル−５，５−スピロ−３，４−エポキシ）シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペートなどの各種エポキシ系化合物などの１種または２種以上と、光重合開始剤および必要に応じて増感剤などを含有するの光硬化性樹脂組成物を用いることができる。
また、本発明で用いる光硬化性樹脂組成物は、上記した成分以外にも、必要に応じて、レベリング剤、リン酸エステル塩系界面活性剤以外の界面活性剤、有機高分子改質剤、有機可塑剤などを含有していてもよい。
【００５２】
本発明で用いる光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、固体微粒子やウィスカーなどの充填材を含有していてもよい。充填材を含有する光硬化性樹脂組成物を用いると、硬化時の体積収縮の低減による寸法精度の向上、機械的物性や耐熱性の向上などを図ることができる。
充填材として用いる固体微粒子としては、例えば、カーボンブラック微粒子などの無機微粒子、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒子、ポリプロピレン微粒子、アクリル樹脂微粒子、合成ゴム微粒子などの有機重合体微粒子などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。固体微粒子の粒径は特に制限されないが、一般的には平均粒径が２００μｍ以下、特に１００μｍ以下のものが好ましく用いられる。
【００５３】
また、ウィスカーとしては、径が０．３〜１μｍ、特に０．３〜０．７μｍ、長さが１０〜７０μｍ、特に２０〜５０μｍおよびアスペクト比が１０〜１００、特に２０〜７０μｍのものが好ましく用いられる。なお、ここで言うウイスカーの寸法およびアスペクト比は、レーザー回析／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した寸法およびアスペクト比である。ウイスカーの種類は特に制限されず、例えば、ホウ酸アルミニウム系ウイスカー、酸化アルミニウム系ウイスカー、窒化アルミニウム系ウイスカー水、酸化硫酸マグネシウム系ウイスカー、酸化チタン系ウイスカーなどを挙げることができ、前記したウイスカーの１種または２種以上を用いることができる。
【００５４】
固体微粒子および／またはウィスカーを含有する光硬化性樹脂組成物を用いる場合は、固体微粒子を光硬化性樹脂組成物の全容量に基づいて５〜７０容量％の割合で含有することが好ましく、またウィスカーの含有量を５〜３０容量％とすることが好ましい。固体微粒子とウィスカーの両方を含有する場合は両者の合計含有量が光硬化層の全容量に基づいて１０〜７５容量％であることが好ましい。
固体微粒子および／またはウィスカーは、シランカップリング剤で表面処理されていても表面処理されていなくてもよいが、表面処理されていることが好ましい。固体微粒子および／またはウイスカーがシランカップリング剤で表面処理されている場合には、熱変形温度、曲げ弾性率、機械的強度の一層高い光硬化物を得ることができる。その場合のシランカップリング剤としては、充填剤の表面処理などに従来から用いられているシランカップリング剤のいずれもが使用でき、好ましいシランカップリング剤としては、アミノシラン、エポキシシラン、ビニルシランおよび（メタ）アクリルシランを挙げることができる。
【００５５】
本発明の装置および方法は、上記したように、光硬化性樹脂組成物を用いて立体造形物を製造する光学的立体造形技術において特に好ましく用いられる。
しかしながら、上記した偏光分離素子および微小エリアでの遮光および透光が可能な液晶シャッターを有する液晶描画マスクを備える本発明の光学装置は、その高い光量（光強度）の維持率、単一偏光の出射容易性、簡便さ、低コストなどの優れた特性から、光学的立体造形以外にも、例えば、プロジェクター、大型テレビ、半導体製造装置などにおける光学装置としても有効に用いることができる。
【００５６】
【実施例】
以下に実施例などによって本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の例により何ら限定されるものではない。
【００５７】
《実施例１》
（１）  図４に示す光学的立体造形装置を使用した。
光源として超高圧水銀ランプを用い、光出射手段（ロッドレンズ）（１）での光強度を均一度８０％に調整して用いた。光出射口１の下方に図１に示す偏光分離素子（２ａ）（厚さ＝５ｍｍ、α１とα２の角度＝４５°、偏光分離面Ａ１−偏光分離面Ａ２の構造部の２６組を横に連設）を配置した［光出射手段の先端と偏光分離素子（２ａ）との距離＝３０ｃｍ］。偏光分離素子（２ａ）から１ｃｍ離れた下方位置に集光レンズ（４）（日本特殊光学社製；フレネルレンズ）を配置し、その直下に液晶描画マスク（３）（画素数＝６４０ドット×４８０ドット）を配置した。液晶描画マスク（３）から４５ｃｍ離れた下方位置に投影レンズ（６）を配置し、投影レンズ（６）から２２．５ｃｍ離れた下方位置に、光硬化性樹脂組成物（帝人製機株式会社製「ＴＳＲ−７５４」）を用いて常法（造形浴方式）により造形面（５）を形成させた。
【００５８】
（２）  前記（１）の光学的立体造形装置を用いて、前記液晶描画マスク（３）により形成された所定のマスク画像に対応する形状パターンの光を、１層ごとの造形面（５）への照射時間２秒で、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射し、積層していく方式を採用して光造形を行って造形物（縦×横×厚さ＝６５ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）を製造した。造形に要した合計時間は５０分であった。
これにより得られた造形物は、外観が良好で、寸法精度に優れ、しかも硬化ムラがなく、強度に優れるものであった。
（３）  上記（１）の光学的立体造形装置において、液晶描画マスク（３）に導入される直前での単一の振動方向に偏光方向を揃えた偏光（Ｐ波）束の光強度（照度）を測定したところ３ｍＷ／ｃｍ２であり、光出射手段（１）から出射された光の強度（照度）の４６％が維持されていた。
【００５９】
《比較例１》
（１）  実施例１で用いた偏光分離素子（２ａ）を使用せずに、実施例１で使用したのと同じ光源および光出射手段（ロッドレンズ）（１）を使用し、光出射手段（ロッドレンズ）（１）から２０ｃｍ離れた下方位置に実施例１で使用したのと同じ集光レンズ（４）を配置し、その直下に、光の導入側および導出側の両方に偏光フィルムを配置した液晶描画マスク（画素数＝６４０ドット×４８０ドット）を配置した。該液晶描画マスクから４５ｃｍ離れた下方位置に実施例１で使用したのと同じ投影レンズ（６）を配置し、投影レンズ（６）から２２．５ｃｍ離れた下方位置に、実施例１で使用したのと同じ光硬化性樹脂組成物を用いて同様にしてにより造形面（５）を形成させた。
（２）  前記（１）の光学的立体造形装置を用いて、前記液晶描画マスクによって実施例１におけるのと同様の所定のマスク画像を形成させて該マスク画像に対応する形状パターンの光を１層ごとの造形面（５）に照射して、その操作を繰り返して実施例１におけるのと同じ形状および寸法の造形物（縦×横×厚さ＝６５ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）を製造した。この比較例１では、１層分の造形面を光硬化させるのに要する光の照射時間は６秒であり、そのため造形物の製造に要した合計造形時間は８４分であり、実施例１に比べて要照射時間が大幅に長く、それに伴って造形速度が実施例１に大幅に比べて低いものであった。
【００６０】
【発明の効果】
本発明による場合は、高価な紫外線レーザー、フライアイレンズ（レンズアレイ）、高価な偏光分離素子や複屈折性結晶などを用いることなく、更には上記した従来のこの種の光学装置で必須であった１／２波長位相遅延素子をも使用することなく、極めて簡単な装置で、光源からの光を４５％以上の高い光量（光エネルギー強度）を維持しながら、単一の振動方向を有する単一の偏光形態で液晶シャッターを備えた描画マスクに導くことができ、それによって小型の立体造形物から大型の立体造形物まで、極めて良好な光エネルギー効率で、高い造形精度、寸法精度、速い造形速度で、力学的特性、外観などに優れる高品質の立体造形物を生産性良く製造することができる。
しかも、この方法による場合は、偏光分離素子を経て描画マスクに供給される単一偏光の光強度（照射強度）にムラが無く、全体が均一であるために、目的とする立体造形物を高い造形精度で製造することができ、しかも得られる立体造形物は力学的特性、外観などにおいて極めて優れている。
特に、本発明では、偏光分離素子として、上記した偏光分離素子（２ａ）〜（２ｃ）が構造が極めて簡単であるにも拘わらず、上記した本発明の優れた効果を奏することができることから好ましく使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる偏光分離素子の一例を示した図である。
【図２】本発明で用いる偏光分離素子の別の例を示した図である。
【図３】本発明で用いる偏光分離素子の更に別の例を示した図である。
【図４】本発明の光学的立体造形装置および光学的立体造形方法の一例を示す図である。
【図５】光の偏光方向を説明するための図である。
【図６】従来の光学装置の一例を示した図である。
【図７】従来の光学装置の別の例を示した図である。
【符号の説明】
Ａ１  偏光分離面
Ａ２  偏光分離面
Ａ３  偏光分離面
Ｂ    遮光面
１    光源または光出射手段
２    偏光分離素子
２ａ  偏光分離素子
２ｂ  偏光分離素子
２ｃ  偏光分離素子
３    液晶描画マスク
４    集光レンズ
５    造形面
６    投影レンズ
【図１】
2004216730.tif 000003
【図２】
2004216730.tif 000004
【図３】
2004216730.tif 000005
【図４】
2004216730.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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