(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形装置において、
露光用光源、レンズ、フレネルレンズ、作成した上記マスク、プロジェクションレンズおよび上記未硬化樹脂層の順に配置し、前記レンズで前記露光用光源の光を前記マスクの全域に広げる光学系を形成し、
この光学系を用いてマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光し、
上記マスクが複数のマスクパターンを含み、各マスクパターンを前記マスクに作成するごとに前記露光用光源の光を照射し、複数のマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする光造形装置。
【請求項２】
上記マスクが液晶素子で構成され、この液晶素子を制御することによって、上記複数のマスクパターンを順次作成することを特徴とする請求項１に記載の光造形装置。
【請求項３】
上記露光用光源がストロボであることを特徴とする請求項１または２に記載の光造形装置。
【請求項４】
光造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形方法であって、
露光用光源、レンズ、フレネルレンズ、作成した上記マスク、プロジェクションレンズおよび上記未硬化樹脂層の順に配置し、前記レンズで前記露光用光源の光を前記マスクの全域に広げ、前記マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を投影露光させる光学系を形成し、
上記マスクが複数のマスクパターンを含み、各マスクパターンを前記マスクに作成するごとに前記露光用光源の光を照射し、複数のマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする光造形方法。
【請求項５】
上記マスクが液晶素子で構成され、この液晶素子を制御することによって、上記複数のマスクパターンを順次作成することを特徴とする請求項４に記載の光造形方法。
【請求項６】
上記露光用光源がストロボであることを特徴とする請求項４または５に記載の光造形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクを作成し、マスクパターンに従って光硬化性樹脂を面露光して、光造形を行う光造形装置および光造形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光造形に関するデータを出力する三次元ＣＡＤ等の制御手段を備え、この制御手段からのデータに従って、光硬化性樹脂を半導体レーザ等のレーザ光で露光して、光造形を行う光造形装置が知られている。
【０００３】
この種のものは、一層分の樹脂の露光及び硬化に要する時間が長くなるため、近年、高速造形を目的としてマスクを作成し、このマスクパターンに従ってＵＶランプにより光硬化性樹脂を面露光するものが提案されている。
【０００４】
この面露光装置は、光透過性部材に静電トナーを用いてマスクを形成し、これを未硬化樹脂層の上に重ねて、マスク越しに紫外光を照射して光硬化性樹脂を一度に面露光するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、マスクを未硬化樹脂層の上に重ねて、マスク越しに紫外光を照射するので、その光は平行光としなければならない。
【０００６】
この平行光をつくりだすため、従来、グリッドの使用が提案されているが、このグリッドを使用した場合、光量が１０％程度ダウンするため、硬化時間が１０倍程度に長くなるという問題がある。
【０００７】
また、光源の出力を大きくすれば、硬化時間を短くできるが、この場合、使用電力が増し、ランニングコストが増すという問題がある。
【０００８】
この光源には、水銀ランプ、メタルハライドランプ、或いは紫外線蛍光灯等が一般的に使用されるが、この光源を用いた場合、光源は常時点灯し、シャッターを用いて露光、遮光制御することが行われる。
【０００９】
しかしながら、上記光源の発熱量は大きく、本装置の周囲温度を著しく上昇させるため、冷却装置が必要になると共に、特にこの熱により上記シャッターが変形して、その動作不良が発生する等の問題がある。
【００１０】
さらに、従来の構成では、光硬化性樹脂を一括面露光する場合、この光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みが発生し、レーザ光でいわば線状露光するものに比べて、造形精度が低下するという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、従来技術が有する課題を解消し、グリッド等を使用することなく、簡単な構成で面露光を行うことができ、光源の発熱量を抑制することができ、しかも造形精度が低下することのない光造形装置および光造形方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形装置において、露光用光源、レンズ、フレネルレンズ、作成した上記マスク、プロジェクションレンズおよび上記未硬化樹脂層の順に配置し、前記レンズで前記露光用光源の光を前記マスクの全域に広げる光学系を形成し、この光学系を用いてマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光し、上記マスクが複数のマスクパターンを含み、各マスクパターンを前記マスクに作成するごとに前記露光用光源の光を照射し、複数のマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、上記マスクが液晶素子で構成され、この液晶素子を制御することによって、上記複数のマスクパターンを順次作成することを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のものにおいて、上記露光用光源がストロボであることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明は、光造形に関する１層分のデータに従って面露光に供されるマスクを作成し、このマスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を面露光し、この面露光操作を繰り返すことにより光造形する光造形方法であって、露光用光源、レンズ、フレネルレンズ、作成した上記マスク、プロジェクションレンズおよび上記未硬化樹脂層の順に配置し、前記レンズで前記露光用光源の光を前記マスクの全域に広げ、前記マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を投影露光させる光学系を形成し、上記マスクが複数のマスクパターンを含み、各マスクパターンを前記マスクに作成するごとに前記露光用光源の光を照射し、複数のマスクパターンを用いて複数回に分けて上記１層分のデータに従う面露光を実行することを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のものにおいて、上記マスクが液晶素子で構成され、この液晶素子を制御することによって、上記複数のマスクパターンを順次作成することを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項４または５に記載のものにおいて、上記露光用光源がストロボであることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１において、１は光造形装置を示している。この光造形装置１は装置の下段に配置された造形ステージＡと、装置の上段に配置されたマスク作成ステージＢと、造形ステージＡの図中左方に配置された光硬化性樹脂の供給ステージＣとを備えて構成されている。
【００２８】
この光造形装置１は、三次元ＣＡＤ等からなる制御手段（図示せず）を備えている。装置上段のマスク作成ステージＢでは、この制御手段からの光造形に関する１層分のデータに従って、光透過性部材（ガラス）にマスクを作成する。また、供給ステージＣでは、樹脂供給用のユニットＤを備え、このユニットＤは造形ステージＡに移動して、そこに位置する造形物上に１層分の光硬化性樹脂を塗布し、そこに未硬化樹脂層を形成する。
【００２９】
この造形ステージＡとマスク作成ステージＢ（後述する露光ステージＦ）との間は所定距離離れており、後述するプロジェクタの光学系を用いてマスク越しに装置下段の未硬化樹脂層を面露光して、光造形が行われる。
【００３０】
上記の造形ステージＡは、図２に示すように、造形テーブル３を備えている。この造形テーブル３は、略Ｘ字状の２つの伸縮リンク４を重ねて基礎５上に連結され、この伸縮リンク４にはサーボモータ６の出力軸が連結されている。そして、サーボモータ６の駆動によって伸縮リンク４を収縮させて、造形テーブル３を一層分毎に降下・制御自在に構成されている。
【００３１】
上記の造形テーブル３の上面には、ステンレス板が貼られ、後述する一層目の未硬化樹脂層はこの上面に直接塗布される。
【００３２】
この造形テーブル３上には造形物が光造形される。この光造形の手順として、まず、供給ステージＣに位置するユニットＤを駆動して、造形テーブル３（或いは造形物）の上に一層分の未硬化樹脂層が形成される。
【００３３】
このユニットＤは、タイミングベルト７に連結されている。このタイミングベルト７は一対のスプロケット８，９間に掛け渡されており、一方のスプロケット９には、ほかのタイミングベルト１０が掛けられ、このタイミングベルト１０は駆動モータ１１のスプロケット１２に掛け渡されている。
【００３４】
従って、駆動モータ１１を正逆回転させることにより、ユニットＤが、タイミングベルト７に沿って図中を左右に移送される。
【００３５】
ユニットＤには、光硬化性樹脂を貯留して、層形成時に樹脂を供給するための樹脂供給ディッパ１４、塗布した樹脂の液面を平坦にならすためのコーティングブレード１５、及び光透過性を有するポリエステル・フィルム１７を樹脂層から剥がしたり、樹脂層に張り付けたりするための剥がし・張付ローラ１６が設けられている。上記のポリエステル・フィルム１７は、造形テーブル３を挟んでその一端３ａから他端３ｂに向けて張設されている。造形テーブル３の一端３ａの外側にはトルクリミッタ付きのローラ１９が設置され、フィルム１７の一端１７ａは、このローラ１９に巻回されている。このフィルム１７の他端１７ｂは、ローラ２１、剥がし張付ローラ１６、さらにローラ２２を経た後、フィルム張替モータ２３のローラ２３ａに巻回されている。２４はテンションローラであり、このテンションローラ２４は、エアーシリンダ２５のロッドに連結され、フィルム１７にテンションを掛ける方向に付勢されている。
【００３６】
つぎに、ユニットＤの動作を説明する。
【００３７】
図２中で右上の駆動モータ１１が正回転駆動されると、タイミングベルト７に沿って、ユニットＤが、図２から図３の位置に向けて移送される。
【００３８】
この移送の過程では、まず、剥がし・張付ローラ１６でフィルム１７を押さえながら、当該フィルム１７が樹脂層から剥がされる。このようにフィルム１７を剥がし・張付ローラ１６で抑えながら剥がすので、フィルム１７に張り付いた樹脂層が造形テーブル３から一緒に剥がされることがない。このフィルム１７が剥がされた場合、このフィルム１７の下面に若干の樹脂が張り付くことがある。この樹脂はユニットＤに設けられたブレード２０によって除去される。
【００３９】
フィルム１７が剥がされると同時に、造形物の上に、樹脂供給ディッパ１４から新しい樹脂が供給され、新しい未硬化樹脂層が形成される。
【００４０】
ユニットＤが、タイミングベルト７で移送されて、図中で右端に達すると、造形テーブル３が樹脂一層の厚さ分だけ下げられる。
【００４１】
ついで、駆動モータ１１が逆回転駆動され、ユニットＤが、タイミングベルト７に沿って、図３から図２の位置に向けて戻される。この逆移送の過程では、まず、コーティングブレード１５が余分な樹脂を取り除いて、樹脂液面の高さを均一に平坦化して、その上に、剥がし・張付ローラ１６で押さえながら、フィルム１７が張り付けられる。これによれば、樹脂液面は所定高さに保持され、フィルム１７が張り付けられた後、樹脂は、その位置に保持される。
【００４２】
要するに、このフィルム１７は、樹脂を保持するために張られる。従って、その機能を維持するものであれば、フィルム１７に限定されるものではなく、例えば、光透過性を有するシート状のものであってもよい。
【００４３】
上記の過程で、フィルム１７は損傷する。例えば、造形テーブル３上における樹脂形成層の厚さが薄いときに、フィルム１７が造形テーブル３の隅部に接触して、それによって損傷する。そこで、フィルム１７が損傷した場合、図２の左端に位置する張り替えモータ２３が駆動されて、トルクリミッタ付きのローラ１９に巻かれているフィルム１７が繰り出され、これによって当該フィルム１７の使用領域が変更される。
【００４４】
ユニットＤの移動範囲においては、樹脂供給ディッパ１４から供給される樹脂が垂れる可能性がある。
【００４５】
この樹脂を回収するため、ユニットＤの移動範囲の下方略全域をカバーするように、タンク２７，２８，２９が設置され、これらタンク２７，２８，２９で回収された樹脂はリターンタンク３０に回収される。このリターンタンク３０には樹脂が貯留され、この樹脂は、必要に応じて、図示を省略した供給系を通じて、樹脂供給ディッパ１４に供給される。
【００４６】
この造形ステージＡでは、未硬化樹脂層の上にフィルム１７が張られると、その上に、押し付けガラス１０８（図１）が密着・配置される。
【００４７】
上記のマスク作成ステージＢでは、図１に示すように、マスク作成手段４１を備え、このマスク作成手段４１を用いて、光透過性部材（ガラス）３１にトナーを用いたマスクが作成される。
【００４８】
このマスク作成手段４１は、消磁ヘッド４２、トナースクレーパ４３、帯電ヘッド４４及び現像器４５を備え、この帯電ヘッド４４は、図示を省略した制御手段から出力される１層分のデータに従って制御される。このマスク作成手段４１は架台４６に載置され、この架台４６はピン４６ａで装置の固定部にヒンジ結合され、このマスク作成手段４１は、ピン４６ａを支点にして、架台４６毎昇降自在である。トナースクレーパ４３はカバー４７で覆われ、このカバー４７にはトナー吸引ホース４８が接続されている。
【００４９】
ここでのトナーにはＵＶ吸収材料として、酸化珪素、酸化アルミ、酸化チタン等を混入することが望ましい。ＵＶ吸収率は、１０％以上、好ましくは３０％以上、さらに好ましくは５０％以上である。
【００５０】
マスク作成ステージＢの測方には、光透過性部材待機ステージＥが設けられ、上記のガラス３１は、光透過性部材待機ステージＥ、マスク作成ステージＢ及び露光テーブルＦ間をその順に往復動する。
【００５１】
すなわち、光透過性部材待機ステージＥ、マスク作成ステージＢ及び露光テーブルＦ間には、回転駆動される一対のベルト３３が２列に亘って延在する。このベルト３３はプーリ３４，３５間に掛け渡され、一方のプーリ３５にはベルト３６を介して駆動モータ３７のプーリ３７ａが連結されている。
【００５２】
上記のベルト３３には、ガラス３１の下面の突起（図示せず）が引っ掛けられ、従って、駆動モータ３７を正逆回転させると、ベルト３３が正逆方向に移動し、これによってガラス３１が各ステージ間を往復動する。
【００５３】
上記の各ステージＥ、Ｂ、Ｆ間に跨って、一本の作動バー３８が設置されている。この作動バー３８の両端部には、ストッパ３９，４０が固定されている。上記のガラス３１が、光透過性部材待機ステージＥに入って、ストッパ４０に当接した時（図１における図示の状態）、ガラス３１に押されて作動バー３８が図中右方に移動する。そうすると、この作動バー３８の途中に固定されたカム部材５１が、作動バー３８と一体に図中右方に移動し、このカム部材５１の傾斜したカム面５１ａによって、上記のマスク作成手段４１が、ピン４６ａを支点にして、矢印Ｘの方向に架台４６毎跳ね上げられる。
【００５４】
一方、上記のガラス３１が、露光ステージＦに入って、ストッパ３９に当接した時、ガラス３１に押されて作動バー３８が図中左方（矢印Ｚ方向）に移動する。そうすると、この作動バー３８の途中に固定されたカム部材５１が、作動バー３８と一体に図中左方に移動し、このカム部材５１の傾斜したカム面５１ａに沿って、上記のマスク作成手段４１が、ピン４６ａを支点にして矢印Ｙの方向にマスク作成位置まで架台４６毎降下する。
【００５５】
つぎに、ガラス３１へのマスク作成の動作を説明する。
【００５６】
このマスクは、ガラス３１が、露光ステージＦから光透過性部材待機ステージＥ側に送られる過程で作成される。この場合、上述したように、マスク作成手段４１はマスク作成位置に降下している。
【００５７】
このガラス３１が、マスク作成ステージＢに入ると、まず、ガラス３１の表面が消磁ヘッド４２で消磁され、トナースクレーパ４３で前回分のトナーが除去される。ついで、帯電ヘッド４４が、図示を省略した制御手段から出力される１層分のデータに従って制御され、ガラス３１の表面が、その１層分のデータに従って帯電される。そして、現像器４５でトナーがのせられ、ガラス表面にマスクが作成された後、光透過性部材待機ステージＥに送られる。
【００５８】
ガラス３１が、光透過性部材待機ステージＥに送られると、上述のようにマスク作成手段４１が跳ね上げられてその下に隙間ができる。このマスクの作成されたガラス３１が、透過性部材待機ステージＥから露光ステージＦに送られる場合、上記の隙間を通って送られる。そして、ガラス３１が、露光ステージＦに送られて、ストッパ３９に当接すると、上述のように、マスク作成手段４１がマスク作成位置に降下し、そこに待機する。
【００５９】
この露光ステージＦの上方には、図１に示すように、ガラス３１のマスク越しに光硬化性樹脂を面露光する露光装置（照明器具）５３が設けられている。この露光装置５３は、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ、或いは紫外線蛍光灯等からなる光源を収容している。
【００６０】
この露光装置５３からの光は、ガラス３１を透過し、露光ステージＦの下方に延びる固定の覆い部材５４の内部を進行し、シャッター９９および後述するプロジェクトレンズ１０１、および固定フード伸縮自在なフード５５の内部を経て、押し付けガラス１０８を透過して光硬化性樹脂を面露光する。
【００６１】
このフード５５は、図４に示すように、ワイヤ５６で吊り下げられ、このワイヤ５６は固定の滑車５７を経て、巻き上げプーリ５８に連結されている。この巻き上げプーリ５８には、ベルト５９が掛けられ、このベルト５９はモータ６０の出力軸に固定されたプーリ６１に掛けられている。
【００６２】
この実施形態では、上記モータ６０を正逆回転させることによって、図４および図５に示すように、フード５５を昇降させることができる。
【００６３】
このフード５５が降下して、図５に示すように、フード５５が押し付けガラス１０８および樹脂を覆った時、造形ステージＡでは、後述するように、フード５５と押し付けガラス１０８とが位置決めされる。なお、図４〜図５において、符号６３はガイドポストである。
【００６４】
図４を参照して、造形テーブル３の下には一対のシリンダ７１，７２が配置されている。各シリンダ７１，７２のロッドには水平バー７３が連結され、この水平バー７３の両端には、鉛直上方に延びる一対の操作ロッド７４，７５が軸線廻りを回転自在に連結されている。各操作ロッド７４，７５の外周にはスリーブ７６が固定され、このスリーブ７６の外周にはリード溝７６ａが形成されている。このリード溝７６ａは螺旋状に延び、このリード溝７６ａには、固定部材７８に固定されたピン７７が嵌合されている。
【００６５】
押し付けガラス１０８は、案内レール６７に保持されて、図４に示す矢印Ｘの方向から造形テーブル３上に搬入される。この押し付けガラス１０８がフィルム１７の上に重ねられると、造形テーブル３が一層分だけ下降制御され、ついで図５に示すように、フード５５が降下される。
【００６６】
このフード５５の下端５５ａが押し付けガラス１０８に当接すると、図５に示すように、シリンダ７１，７２のロッドが伸張し、水平バー７３が押し下げられ、一対の操作ロッド７４，７５が一体的に降下する。
【００６７】
この降下の過程では、リード溝７６ａの形状に沿って、操作ロッド７４，７５が軸廻りに回転し、操作ロッド７４，７５の上端の固定子７４ａ，７５ａが、図４から図５に示す位置に向きを変え、固定子７４ａ，７５ａの突起１０３が、フード５５の下端５５ｂを押し下げて固定する。
【００６８】
造形ステージＡでの一層分の光造形が終了すると、ガラス３１は、上述したように、マスク作成ステージＢに送られる。
【００６９】
この実施形態では、図６に示すように、光透過性部材３１と未硬化樹脂層９６とが所定距離Ｌ１離間して配置され、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層９６を投影露光させる光学系９０が設けられる。この光学系９０が、反射鏡９１と、メタルハライドランプ（照明器具）９２と、このメタルハライドランプ９２からの光をガラス３１の全域に広げるためのレンズ９３と、フレネルレンズ９４と、ガラス３１と、シャッター９９と、プロジェクションレンズ１０１と、未硬化樹脂層９６の順に配置して構成される。この未硬化樹脂層９６は、上述したように、造形テーブル３の上に順次形成される光硬化性樹脂からなる樹脂層である。なお、フレネルレンズ９４は省略が可能である。
【００７０】
この装置による光造形の手順を説明すると、まず、図１を参照して、３次元ＣＡＤによる制御手段（図示せず）からのデータに従ってガラス３１にトナーマスクが形成され、このガラス３１が露光ステージＦに搬入されると共に、造形テーブル３の上に未硬化樹脂層９６が形成される。
【００７１】
また、図６を参照して、メタルハライドランプ９２は常時点灯である。このメタルハライドランプ９２からの光はレンズ９３に入り、このレンズ９３によってフレネルレンズ９４及びガラス３１の全域に広げられる。このフレネルレンズ９４は集光効率を向上させている。
【００７２】
ついで、シャッター９９が開かれると、メタルハライドランプ９２からの光がプロジェクションレンズ（焦点合わせ手段）１０１に入り、このプロジェクションレンズ１０１を介して焦点合わせが行われ、この焦点が合った状態で、マスク以外の部分を透過した光によって未硬化樹脂層９６が露光される。上記露光操作が繰り返されて光造形が実行される。
【００７３】
この実施形態では、従来の構成と異なって平行光をつくりだすためのグリッドが不要になるので、未硬化樹脂層９６に到達する光量が減少することはなく、硬化時間の短縮化が図られる。
【００７４】
図７は、光学系の別の実施形態を示す。
【００７５】
この実施形態では、光透過性部材３１と未硬化樹脂層９６とが所定距離Ｌ２離間して配置され、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層９６を投影露光させる光学系８０が設けられる。この光学系８０が、反射鏡８１と、メタルハライドランプ（照明器具）８２と、このメタルハライドランプ８２からの光を広げるためのレンズ８３と、シャッター８９と、フレネルレンズ８４と、ガラス３１と、未硬化樹脂層９６の順に配置して構成される。
【００７６】
この未硬化樹脂層９６は、上述したように、造形テーブル３の上に順次形成される光硬化性樹脂からなる樹脂層である。
【００７７】
メタルハライドランプ８２は常時点灯である。このメタルハライドランプ８２からの光はシャッター８９が開かれるとレンズ８３に入り、このレンズ８３によってフレネルレンズ８４の全域に広げられる。このフレネルレンズ８４は平行光を形成し、このフレネルレンズ８４を経た平行光は、ガラス３１のマスク越しに未硬化樹脂層９６を面露光する。
【００７８】
これらのレンズ８３、８４は平行光形成用部材を構成するが、この構成に限定されるものではなく、例えばミラー等の組み合わせによって、平行光を形成してもよいことは明らかである。
【００７９】
この実施形態では、従来の構成と異なって平行光をつくりだすためのグリッドが不要になるので、未硬化樹脂層９６に到達する光量が減少することはなく、硬化時間の短縮化が図られる。
【００８０】
つぎに、マスクの作成時に行われるデータ補正について説明する。
【００８１】
上記光学系を用いて投影露光する場合、図８ａに示すように、例えば正規の四角形を得たいとして、そのデータのまま投影露光すると、図８ｂに示すように、歪曲収差が生じ、特に四辺部周辺形状に歪みがでる。
【００８２】
そこで、マスクの作成時に用いられるデータを、図８ｃに示すように、四辺部凸湾曲させてあらかじめ補正しておけば、補正後のデータに基づいて投影露光することにより、図８ｄに示すように、未硬化樹脂層９６上に、本来の正規の四角形状が得られる。
【００８３】
これを図９の処理フローに従い説明すると、まず、図８ａに相当する輪郭形状データを求め（Ｓ１）、このデータから座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）の割り出しを行う（Ｓ２）。この割り出した座標に、あらかじめ補正位置データベースに記憶させておいた、図８ｂに示す補正値（Ｘ１’，Ｙ１’）（Ｘ２’，Ｙ２’）を割り付け（Ｓ３）、図８ｃに示す補正形状データ（Ｘ１”，Ｙ１”）（Ｘ２”，Ｙ２”）を求める（Ｓ４）。
【００８４】
ついで、別のデータがあるか否かを見て（Ｓ５）、それがある限りＳ１〜Ｓ４を繰り返して行い、別のデータがなくなったならば、この輪郭で囲まれた部分の塗りつぶしを行う（Ｓ６）。このようにして得た補正後のデータに基づいて投影露光することにより、図８ｄに示すように、未硬化樹脂層９６上に、本来の正規の四角形状が得られる。
【００８５】
図１０は別の実施形態による処理フローを示す。図９に示す処理が、輪郭形状を求めて、これらで囲まれた枠内を塗りつぶしてデータを得ていたのに対し、本実施形態では、ビットマップで処理が行われる。図８ａに相当する形状データを点群データで求め（Ｓ１１）、このデータから座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）の割り出しを行う（Ｓ１２）。この割り出した座標に、あらかじめ補正位置データベースに記憶させておいた、図８ｂに示す補正値（Ｘ１’，Ｙ１’）（Ｘ２’，Ｙ２’）を割り付け（Ｓ１３）、図８ｃに示す補正形状データ（Ｘ１”，Ｙ１”）（Ｘ２”，Ｙ２”）を求める（Ｓ１４）。
【００８６】
ついで、別のデータがあるか否かを見て（Ｓ１５）、それがなくなるまで、Ｓ１１〜Ｓ１４が繰り返して行われる。
【００８７】
これによれば、Ｓ１１〜Ｓ１４のステップを、点群で行う分だけ処理時間がかかるものの、上記実施形態と同様に、このようにして得た補正後のデータに基づいて投影露光することにより、図８ｄに示すように、未硬化樹脂層９６上に、正規の四角形状を得ることができる。
【００８８】
図１１は、別の実施形態を示す。
【００８９】
この実施形態では、図６に示した装置と比較した場合、まず第一に、光源１９２がストロボで構成される点で相違する。第二に、光透過性部材からなるマスクが液晶マスク１３１で構成される点で相違する。ただし、この液晶マスク１３１を使用した場合、図１に示したものとは異なり、このマスク１３１が上記露光テーブルＦ上に固定されることになる。
【００９０】
図１１では、マスク１３１と未硬化樹脂層９６とが所定距離Ｌ１離間して配置され、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層９６を投影露光させる光学系９０を備える。この光学系９０が、反射鏡９１と、ストロボ光源（照明器具）９２と、このストロボ光源９２からの光をガラス３１の全域に広げるためのレンズ９３と、フレネルレンズ９４と、マスク１３１と、プロジェクションレンズ１０１と、未硬化樹脂層９６の順に配置して構成される。
【００９１】
この場合、図６で使用したシャッターが不要になる。１９２Ａは充放電装置、１２３は液晶マスクを制御する制御装置である。上記未硬化樹脂層９６は、造形テーブル３の上に順次形成される光硬化性樹脂からなる樹脂層である。なお、フレネルレンズ９４は省略が可能である。
【００９２】
本実施形態では、ストロボ光源１９２が使用されるため、シャッターが不要になると共に、この光源１９２の発熱量が抑制される。従って、それほど大きな冷却装置が必要なくなると共に、当然に、シャッターが変形してその動作不良が発生する等の問題が解消される。また、光源１９２の発熱量が小さくなるため、未硬化樹脂層９６に与える熱影響が解消される。
【００９３】
なお、図示は省略したが、図７に相当する装置に対しても、上記ストロボ光源及び液晶マスクを採用可能なことはいうまでもない。
【００９４】
本実施形態では、図１１に示すように、液晶マスク１３１に接続された制御装置１２３を有する。この制御装置１２３は三次元ＣＡＤ等を含み、造形すべき立体モデルを例えば水平方向に薄くスライスした１層分の断面データを出力すると共に、この出力データに基づいてマスクを作成する。
【００９５】
この制御装置１２３が動作すると、マスク１３１を構成する液晶素子に対し１層分のデータに従う所定の電圧が印加される。
【００９６】
このマスク１３１を構成する液晶素子は、図１２において、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に延びる図示を省略した複数の電極を有し、光を透過遮断制御する画素部が、このＸ、Ｙ電極の交点で形成される。
【００９７】
本実施形態では、上記１層分のデータが、図１２において、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データである場合、図１２ａ、図１２ｂに示す２種類のマスクパターンに従って、２回に分けて面露光することにより、当該矩形を表す断面データに従う樹脂の硬化が実行される。図１２では、斜線が、光を遮蔽する部分１００を示し、白抜きが、光を透過する部分２００を示す。
【００９８】
すなわち、制御装置１２３が動作し、複数の電極へ印加される電圧が制御されて、まず、図１２ａに示すように、中央部分に光を透過する部分２００が形成され、その周囲に光を遮蔽する部分１００が形成される。
【００９９】
この状態で、ストロボ光源１９２が点灯される。すると、光を透過する部分２００を通じて、中央部分の未硬化樹脂層９６に光が到達して、この部分２００に相当する未硬化樹脂層９６が硬化する。
【０１００】
ついで、制御装置１２３が動作し、図１２ｂに示すように、中央部分に光を遮蔽する部分１００が形成され、その周囲に光を透過する部分２００が形成される。この状態で、ストロボ光源１９２が点灯される。すると、光を透過する部分２００を通じて、周辺部分の未硬化樹脂層９６に光が到達して、この部分２００に相当する未硬化樹脂層９６が硬化する。
【０１０１】
図１２ａ、図１２ｂに示す光透過部分２００を重ね合わせると、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【０１０２】
上記構成では、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従って、未硬化樹脂層９６を硬化する場合、図１２ａ、図１２ｂに示す２種類のマスクパターンに従って、２回に分けて面露光するため、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う未硬化樹脂層９６を一度に面露光する場合に比べて、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生が抑制される。
【０１０３】
従って、例えば、レーザ光で露光する従来のものとほぼ同程度に、造形精度を維持することができる。
【０１０４】
上記マスクパターンには種々のものが提案される。例えば、図１３ａ、図１３ｂに示すように、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う露光範囲が設定される場合、上記マスクパターンは、光を遮蔽する部分１００と、光を透過する部分２００とが市松模様状に形成される。図１４ａ、図１４ｂに示すマスクパターンは、光を遮蔽する部分１００と、光を透過する部分２００とが短冊模様状に形成される。これらの場合も、各図に示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【０１０５】
図１５ａ〜図１５ｃに示すマスクパターンを用いた場合には、３回に分けて面露光する。図１５ａでは、まず、十文字状の光透過部分２００を用いて露光し、図１５ｂでは、残りの部分の内、４隅を除いた形状の光透過部分２００を用いて露光し、図１５ｃでは、上記４隅の光透過部分２００を用いて露光する。
【０１０６】
図１６ａ〜図１６ｄに示すマスクパターンを用いた場合には、４回に分けて面露光する。この場合、図１６ａでは、まず、中央の四角形状の光透過部分２００を用いて露光し、図１６ｂ以降では、既に露光した部分を除いて、四角形状を徐々に広げた光透過部分２００を用いて露光する。また、図１７ａ〜図１７ｄに示すマスクパターンを用いた場合、４回に分けて面露光し、図１８ａ〜図１８ｈに示すパターンを用いた場合、８回に分けて面露光し、図１９ａ〜図１９ｃに示すパターンを用いた場合、３回に分けて面露光する。
【０１０７】
いずれの場合も、各図に示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。
【０１０８】
図２０ａ〜図２０ｄに示すマスクパターンを用いた場合、４回に分けて面露光する。この場合、図２０ａ、図２０ｂに示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致し、図２０ｃ、図２０ｄに示す光透過部分２００を重ね合わせると、当該矩形を表す断面データに従う露光範囲と一致する。これによれば、本来の露光範囲を２回に亘って露光することになるため、１回の露光時間が半分の露光時間とされる。
【０１０９】
図１２〜図１９において、例えば、各マスクパターンを用いた露光時間が３〜５秒に設定されれば、図２０においては、各マスクパターンを用いた露光時間が１．５〜２．５秒に設定される。
【０１１０】
いずれの実施形態においても、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従って、未硬化樹脂層９６を硬化する場合、複数種類のマスクパターンに従って、複数回に分けて、部分的或いは段階的に面露光するため、縦Ｌ１、横Ｌ２の矩形を表す断面データに従う未硬化樹脂層９６を一度に面露光する場合に比べ、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生が抑制される。
【０１１１】
従って、上述したように、レーザ光で露光する従来のものとほぼ同程度に、造形精度を維持することができる。
【０１１２】
図２１は、上記マスクパターンの作成フローを示す。
【０１１３】
Ｓ１〜Ｓ３は、上記１層分の断面データの作成手順である。三次元ＣＡＤ等からのデータを読み込み（Ｓ１）、このデータをスライスして上記断面データを作成する（Ｓ２）。そして、この断面データにサポート（造形中に造形物を支持する部材）に関するデータを付与する（Ｓ３）。
【０１１４】
ついで、造形物（モデル）の積層数が終了したか否かを判断し（Ｓ４）、終了していない場合、モデル及びサポートの塗りつぶしデータ（上記１層分の断面データ）を計算し、記憶する（Ｓ５）。つぎに、一つ目の上記マスクパターン（例えば、図１２ａ）を用いた場合の、塗りつぶしパターンを計算し、記憶し（Ｓ６）、モデル及びサポートとマスクパターンの論理積を算出し、マスク作成をおこない（Ｓ７）、そして、露光する（Ｓ８）。
【０１１５】
さらに、マスクパターンが終了したか否かを判断し（Ｓ９）、終了していない場合、Ｓ６に移行し、二つ目の上記マスクパターン（例えば、図１２ｂ）を用いた場合の、塗りつぶしパターンを計算し、これに基づいてマスク作成をおこない、そして、露光する（Ｓ８）。
【０１１６】
上記Ｓ９で、マスクパターンが終了した場合、Ｓ４に移行して、次の層のマスクを作成し、露光を実行する。
【０１１７】
これらの処理が進み、上記Ｓ４で、モデルの積層数が終了した場合、Ｓ１０に移行して、光造形を終了する。
【０１１８】
本実施形態によれば、複数回に分けて、部分的或いは段階的に面露光するため、従来のように、一度に面露光する場合に比べて、光硬化性樹脂の硬化収縮による歪みの発生を抑制することができる。
【０１１９】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【０１２０】
例えば、上記実施形態では、造形物を上下に積層・造形する光造形について説明したが、造形物が大型化した場合には、上下に積層せずに、横方向に積層して光造形することが可能である。この場合、光学系も同様に横向きに配置されることはいうまでもない。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂露光面に対して効率よく、精度よく、しかも安価に光エネルギを到達させることができる。また、光源の発熱量を抑制でき、且つ造形精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光造形装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】造形ステージを示す正面図である。
【図３】ユニットの移動を示す正面図である。
【図４】造形ステージでの位置決めを示す正面図である。
【図５】照明装置のフードを降下させた正面図である。
【図６】光学系を示す斜視図である。
【図７】光学系の別の実施形態を示す斜視図である。
【図８】データ補正を説明する図である。
【図９】一実施形態のフローチャートである。
【図１０】別の実施形態のフローチャートである。
【図１１】別の実施形態を示す図６相当図である。
【図１２】ａ、ｂはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１３】ａ、ｂはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１４】ａ、ｂはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１５】ａ〜ｃはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１６】ａ〜ｄはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１７】ａ〜ｄはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１８】ａ〜ｈはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図１９】ａ〜ｃはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図２０】ａ〜ｄはそれぞれマスクパターンを示す図である。
【図２１】マスク作成手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  光造形装置
３  造形テーブル
１４  樹脂供給ディッパ
３１  ガラス
４１  マスク作成手段
５３  露光装置
８０，９０  光学系
８１，９１  反射鏡
８２，９２  メタルハライドランプ（照明器具）
８４，９４  フレネルレンズ
９６  未硬化樹脂層
８９，９９  シャッター
１０１  プロジェクションレンズ
１３１  液晶マスク
１２３  制御装置
１９２  ストロボ光源
１９２Ａ  充放電装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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