(57)【要約】  本発明は、エネルギービームを用いて層ごとに材料を固化させることにより物体を構築するための積層造形製造装置に関する。積層造形製造装置は、レーザビーム（１１８）を材料上に操縦し、材料とのレーザビーム（１１８）の相互作用によって発生される光を集めるための光モジュール（１０６）を備える。光モジュール（１０６）は、レーザビーム（１１８）と集められた光によって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタ（１７８）を備える。ビームスプリッタ（１７８）は、集められた光を検出器（１７２）に向けるために、集められた光をレーザビーム（１１８）の経路から分離する。光モジュール（１０６）は、集められた光にビームスプリッタ（１７８）によって導入された少なくとも１つの光学収差を修正する修正光学素子（１７８ａ）をさらに備える。
2018535845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービームを用いて、層ごとに材料を固化させることによって物体を構築する積層造形製造装置であって、
当該積層造形製造装置は、
前記材料に向けてレーザビームを操縦し且つレーザビームと前記材料との相互作用によって発生される光を集める光モジュールであって、レーザビームと集められた光とによって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、集められた光を検出器に向けるために、レーザビームの経路から集められた光を分離するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタによって集められた光に導入される少なくとも１つの光学収差を修正する修正光学素子とを備える光モジュール、
を備えることを特徴とする積層造形製造装置。
【請求項２】
前記レーザビームは、前記材料を固化させるために使用されるエネルギービームであることを特徴とする請求項１に記載の積層造形製造装置。
【請求項３】
前記修正光学素子は、前記ビームスプリッタの下流で前記集められた光の経路に配置された前記ビームスプリッタとは別個の光学素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形製造装置。
【請求項４】
前記ビームスプリッタはレーザ波長を反射し、レーザ波長以外の集められた光の波長を透過させるように配置され、前記修正光学素子は、前記ビームスプリッタを透過した集められた光を修正するように、前記ビームスプリッタの後面に光学的特性として形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形製造装置。
【請求項５】
前記修正光学素子は、レーザ切除によって前記ビームスプリッタの後面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の積層造形製造装置。
【請求項６】
前記修正光学素子は、収差を補償するために、前記ビームスプリッタを透過した光を、前記ビームスプリッタの平面を差動的に横切って曲げる屈折性光学素子であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
【請求項７】
前記修正光学素子は、アルバレスレンズであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
【請求項８】
前記修正光学素子は、回折性光学素子であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
【請求項９】
前記修正光学素子は、収差の修正に加えてビームの整形を提供することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
【請求項１０】
前記修正光学素子は、集められた光の異なる波長を空間的にオフセットし、および／または、集められた光のビームを成形して前記検出器に効果的に結合させることを特徴とする請求項９に記載の積層造形製造装置。
【請求項１１】
前記光モジュールは、前記レーザビームを前記材料に集束させる集束光学系を備え、集められた光は前記ビームスプリッタに入射する前に、前記集束光学系によって非平行ビームに集束され、前記修正光学素子が、集められた光の非平行ビームの前記ビームスプリッタへの衝突の結果として生じる収差を修正することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
【請求項１２】
エネルギービームを用いて層ごとに材料を固化させることで物体が構築される積層造形製造装置において、材料へのレーザビームを操縦するための光モジュールであって、
当該光モジュールは、レーザビームが材料に向けて配送され、且つレーザビームと材料との相互作用によって生成された光が通過して集められる開口と、
レーザビームと集められた光によって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、集められた光を検出器に導くためにレーザビームの経路から集められた光を分離させるビームスプリッタと、
当該ビームスプリッタによって集められた光に導入された少なくとも１つの光学収差を修正するための修正光学素子と、
を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項１３】
エネルギービームを用いて層ごとに材料を固化させることで物体を構築する積層造形製造装置において、
当該積層造形製造装置は、材料へのレーザビームを操縦し、且つレーザビームと材料との相互作用によって生成された光を集める光モジュールを備え、
当該光モジュールは、レーザビームと集められた光によって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、レーザビームを反射し且つ集められた光を透過するように構成されたビームスプリッタを備え、
当該ビームスプリッタの後面は、当該ビームスプリッタを通過する集められた光のビームの形状を修正するように成形されていることを特徴とする積層造形製造装置。
【請求項１４】
エネルギービームを用いて層ごとに材料を固化させることで物体が構築される積層造形製造装置において、材料へのレーザビームを操縦するための光モジュールであって、
当該光モジュールは、レーザビームが材料に向けて配送され、且つレーザビームと材料との相互作用によって生成された光が通過して集められる開口と、
レーザビームと集められた光によって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、レーザビームを反射し且つ集められた光を通過させるビームスプリッタと、を備え、
当該ビームスプリッタの後面は、当該ビームスプリッタを通過する集められた光のビームの形状を修正するように成形されていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形製造装置及び積層造形製造装置に用いられる光モジュールに関する。本発明は、排他的ではないが、特に、物体を形成するのに材料が層ごとにレーザビームで固化されるレーザ固化装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（ＷＯ２０１５／０４０４３３）は、積層造形製造装置に用いられる光モジュールを開示し、当該光モジュールは、レーザビームによって発生されるプラズマプルーム（ｐｌａｓｍａ  ｐｌｕｍｅ）および／または溶融プールから放出された光を集め、そしてこの集められた光を検出器に案内するために、粉末床の材料を固化させるレーザビームを方向付けて集束させるべく配置されている。
【０００３】
光モジュールは、「軸線上の」光学システムであり、集められた光がレーザビームの経路に沿って検出器に向けられ、集められた光は、操縦光学系のミラーから反射され、そして、レーザビームを集束させる光学系を通過する。ビーム経路に対して傾斜されたビームスプリッタが、集められた光をレーザビームの経路から分離するために、使用されている。当該ビームスプリッタは、レーザ波長の光がビームスプリッタから反射される一方、他の波長の集められた光は、ビームスプリッタを通過して検出器に到達するように、適切なコーティングを有している。集められた光が集束光学系を通過するとき、集められた光のビームは、ビームスプリッタに入射するとき集束して、入射角に応じて可変の透過経路に至る。したがって、集められた光のビームは、集束光学系から生じる球面収差のようないくらかの、およびビームスプリッタから生じる非点収差および非対称収差のような他の収差を経験する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４０４３３号
【特許文献２】米国特許第４４１２７２３号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１０／００７３９６号
【特許文献４】米国特許公開２００４／００９４７２８号
【特許文献５】米国特許公開２０１３／０１１２６７２号
【非特許文献１】Ｄｉｘｉｔらによる、「Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ  ｆｕｌｌｙ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｐｈａｓｅ  ｓｃｒｅｅｎｓ  ｆｏｒ  ｔａｉｌｏｒｉｎｇ  ｆｏｃａｌ−ｐｌａｎｅ  ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９６年１１月１日、Ｖｏｌ．  ２１、Ｎｏ２１、１７１５〜１７１７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
集められた光は、プラズマプルームによって放出される可視スペクトル（３００−７００ｎｍ）から、ホット溶融プールによって放出される近または遠赤外線（７００ｎｍ−３μｍ）までの広帯域の波長を含んでいる。本明細書で使用される用語「集められた光」は、これらの波長を備えることが理解されよう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、エネルギービームを用いて、層ごとに材料を固化させることによって物体を構築する積層造形製造装置であって、当該積層造形製造装置は、材料に向けてのレーザビームを操縦し且つレーザビームと材料との相互作用によって発生される光を集める光モジュールであって、当該光モジュールは、レーザビームと集められた光とによって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、集められた光を検出器に向けるために、レーザビームの経路から集められた光を分離するビームスプリッタ、当該ビームスプリッタによって集められた光に導入された少なくとも１つの光学収差を修正する修正光学素子を備える光モジュール、を備える積層造形製造装置が提供される。
【０００７】
このようにして、検出器に向けられる集められた光の画像は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの光学収差が存在しない。
【０００８】
一実施形態では、レーザビームは、材料を統合するために使用されるエネルギービームであってもよい。別の実施形態では、レーザビームは、エネルギービームからの別個のビームであってもよい。例えば、レーザビームは、固化プロセスを監視するための（高出力のエネルギービームに対して）低出力のレーザビームであってもよく、そして、エネルギービームは、光モジュールとは別個の操縦モジュールによって操縦される高出力のレーザまたは電子ビームであってもよい。
【０００９】
修正光学素子は、ビームスプリッタの下流で集められた光の経路に配置されたビームスプリッタとは別個の光学素子であってもよい。
【００１０】
例えば、特許文献２（米国特許第４４１２７２３号）に記載されているような別個のレンズである。
【００１１】
あるいは、ビームスプリッタは、レーザ波長を反射し、レーザ波長以外の集められた光の波長を透過させるように配置され、修正光学素子は、ビームスプリッタを通過した集められた光を修正するように、ビームスプリッタの後面に光学的特性として形成されてもよい。修正光学素子は、ビームスプリッタの後面にレーザ切除によって、且つ選択肢として、後面のレーザ溶融によって、形成されてもよい。レーザビームスプリッタは、シリカ基板を備えることができ、その後面がレーザを用いて融解されて修正光学素子を形成する。
【００１２】
修正光学素子をビームスプリッタに組み込むことによって、修正光学素子はビームスプリッタの整列に対して別個のステップで位置合わせされる必要がなくなり、光モジュールはよりコンパクトで、解決策は、別の修正光学素子を設けるよりも安価になる。
【００１３】
修正光学素子は、収差を補償するために、ビームスプリッタを透過した光をビームスプリッタの平面にわたって差動的に曲げる屈折性光学素子を形成してもよい。
【００１４】
あるいは、修正光学素子は、回折光学素子であってもよい。
【００１５】
修正光学素子は、収差の修正に加えて、ビーム成形を提供することができる。  修正光学素子は、集められた光の異なる波長を空間的にオフセットし、および／または集められた光のビームを成形して、検出器に効果的に結合させることができる。
【００１６】
光モジュールは、レーザビームを材料上に集束させる集束光学系を備えることができる。集束光学系は、レーザビームが材料ベッドの異なる領域に向けられるとき、レーザビームを作業平面上に集束された状態で維持することができる。集束光学系は、レーザビームの焦点を動的に調整するための可動レンズを備えることができる。あるいは、集束光学系は、ｆ−θ（エフシータ）レンズを備えていてもよい。集められた光は、ビームスプリッタに衝突する前に、集束光学系によって非平行ビームに集束されてもよい。修正光学素子は、集められた光の非平行ビームがビームスプリッタに衝突する結果として生じる収差を修正することができる。
【００１７】
光モジュールは、レーザビームを材料上に操縦するための、回転可能なミラーを備えることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、エネルギービームを用いて層ごとに材料を固化させることで物体が構築される積層造形製造装置において、材料へのレーザビームを操縦するための光モジュールであって、当該光モジュールは、レーザビームが材料に向けて配送され、且つレーザビームと材料との相互作用によって生成された光が通過して集められる開口と、レーザビームと集められた光によって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、集められた光を検出器に導くためにレーザビームの経路から集められた光を分離させるビームスプリッタと、当該ビームスプリッタによって集められた光に導入された少なくとも１つの光学収差を修正するための修正光学素子と、を備える光モジュールが提供される。
【００１９】
開口は、レーザビームおよび集められた光に対して透明な材料の窓を備えることができる。
【００２０】
光モジュールは、集められた光を検出器に配達するための出力を備えることができる。
【００２１】
本発明の第３の態様によれば、エネルギービームを用いて層ごとに材料を固化させることで物体を構築する積層造形製造装置において、
当該積層造形製造装置は、材料へのレーザビームを操縦し、且つレーザビームと材料との相互作用によって生成された光を集める光モジュールを備え、
当該光モジュールは、レーザビームと集められた光によって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、レーザビームを反射し且つ集められた光を透過するように構成されたビームスプリッタを備え、
当該ビームスプリッタの後面は、ビームスプリッタを通過する集められた光のビームの形状を修正するように成形されている積層造形製造装置が提供される。
【００２２】
本発明の第４の態様によれば、エネルギービームを用いて層ごとに材料を固化させることで物体が構築される積層造形製造装置において、材料へのレーザビームを操縦するための光モジュールであって、当該光モジュールは、レーザビームが材料に向けて配送され、且つレーザビームと材料との相互作用によって生成された光が通過して集められる開口と、レーザビームと集められた光によって共有される光経路に対して傾斜されたビームスプリッタであって、レーザビームを反射し且つ集められた光を通過させるビームスプリッタと、を備え、当該ビームスプリッタの後面は、ビームスプリッタを通過する集められた光のビームの形状を修正するように成形されている光モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明による選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明による光学ユニットの一実施形態の概略図である。
【図３】図３は、ミラーの所望の反射率プロファイルを示すグラフである。
【図４】図４は、本発明による光学ユニットの別の実施形態の概略図である。
【図５】図５は、本発明による光学ユニットのさらなる実施形態の概略図である。
【図６】図６は、本発明による光学ユニットのさらに別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１および図２を参照するに、本発明の一実施形態による選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）装置は、構築容積１１６を画定する仕切り１１４、１１５および粉末が堆積され得る表面を有する構築チャンバ１０１を備えている。構築プラットフォーム１０２は、選択的レーザ溶融粉末１０４によって物体１０３が構築される、作業領域を画定している。プラットフォーム１０２は、物体１０３の連続する層が形成されるにつれ、機構１１７を使用して構築容積１１６内で降下されてもよい。利用可能な構築容積は、構築プラットフォーム１０２が構築容積１１６内に降下され得る程度によって画定される。粉末の層１０４は、物体１０３が分配装置１０９およびワイパ１１０によって構築されるにつれ形成される。例えば、分配装置１０９は、特許文献３（ＷＯ２０１０  ／  ００７３９６）に記載されているような装置であってもよい。レーザモジュール１０５は、粉末１０４を溶融するためのレーザを発生し、レーザは、コンピュータ１６０の制御の下で光モジュール１０６によって要求されるように、粉末床１０４上に導かれる。レーザビーム１１８は、窓１０７を介してチャンバ１０１に入る。
【００２５】
コンピュータ１６０は、プロセッサユニット１６１、メモリ１６２、ディスプレイ１６３、キーボード、タッチスクリーンなどのユーザ入力装置１６４、光モジュール１０６、レーザモジュール１０５などの、レーザ溶融装置のモジュールへのデータ接続、および分配装置、ワイパおよび構築プラットフォーム１０２の動きを駆動するモータ（図示せず）を備えている。外部データ接続１６６は、コンピュータ１６０への走査インストラクションのアップロードを提供する。レーザモジュール１０５、光モジュール１０６および構築プラットフォーム１０２の移動は、走査インストラクションに基づいて、コンピュータ１６０によって制御される。
【００２６】
図２は、光モジュール１０６を詳細に示している。光モジュールは、レーザモジュール１０５に結合させるためのレーザ開口１７０、測定装置１７２に結合させるための測定開口１７１、および出力開口１７４を備え、当該出力開口１７４を介して、レーザビームが窓１０７を通って粉末床１０４に導かれ、且つ、粉末床から送出される放射が通される。
【００２７】
レーザビームは、２つのチルト可能なミラー１７５（そのうちの１つのみが図示されている）および可動の集束レンズ１７６、１７７を備える走査光学系によって、粉末床１０４上の所要の位置に進み、焦点合わせされる。
【００２８】
チルト可能なミラー１７５は、それぞれ、ガルバノメータ（検流計）のようなアクチュエータの制御下で、軸を中心に回転するように取り付けられている。ミラー１７５が回転される軸は、一方のミラーが一方向（Ｘ方向）にレーザビームを偏向させることができ、他方のミラーが直交する方向（Ｙ方向）にレーザビームを偏向させることができるように、実質的に直交している。しかしながら、２つの軸の周りに回転可能な単一のミラー、および／または、レーザビームが、例えば光ファイバを介して、ＸおよびＹ方向へ直線運動のために取り付けられたミラーに結合されるような他の構成も使用できることが理解されよう。この後者の配置の例は、特許文献４（ＵＳ２００４  ／  ００９４７２８）および特許文献５（ＵＳ２０１３  ／  ０１１２６７２）に開示されている。
【００２９】
レーザビームの偏向角の変化に対して、レーザビームの焦点が同一平面内に維持されることを確実にするためには、チルト可能なミラーの後に、ｆ−θレンズを設けることが知られている。しかしながら、この実施形態では、（レーザビームの進行方向に対して）チルト可能なミラー１７５の前に設けられている一対の可動レンズ１７６、１７７が、偏向角度が変化するにつれ、レーザビームの焦点を、粉末床１０４の平面に維持する。集束レンズ１７６、１７７の移動は、チルト可能なミラー１７５の移動と同期して制御される。集束レンズ１７６、１７７は、音声コイル１８４のようなアクチュエータによって、直線方向に互いに接近または離隔するように移動可能である。
【００３０】
チルト可能なミラー１７５および集束レンズ１７６、１７７は、典型的には、１０６４ｎｍであるレーザ波長および溶融プール１８７から放出され集められる放射光１１９の波長の両方を伝えるように、適切に選択される。
【００３１】
ミラー１７５は銀コーティングを備え、レンズ１７６、１７７は溶融水晶である。別の実施形態では、ミラー１７５は、９９％を超える反射率、好ましくは９９．５％を超える反射率で、レーザ波長、および、３０〜６０度の間の入射角において８０％より大きい反射率で、集められた放射光１１９の波長、典型的には、４００〜６００ｎｍの波長を反射する多層の誘電体コーティングを備えている。図３は、これらの入射角に対するミラーの典型的な反射率プロファイルを示している。見て分かるように、主レーザビームを整列させるために使用される整列（ポインティング）レーザは、ミラーが８０％未満の反射率である波長を有している。コーティングは、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5またはＭｇＦ2、ＬａＦ3およびＡｌＦ3のようなフッ化物であってもよい。
【００３２】
ビームスプリッタ１７８は、集束レンズ１７６、１７７とレーザ１０５と測定装置１７２との間に設けられている。ビームスプリッタ１７８は、レーザ波長の光を反射するが、集められた光１１９の波長が透過するのを許容するノッチフィルタである。レーザ光は、集束レンズ１７６、１７７に向けて反射され、レーザ波長ではなく走査光学系によって集められた光は、測定開口１７１に伝送される。レーザ光１１８の反射は、ビームスプリッタ１７８を透過する伝送から非点収差の副作用がレーザビーム１１８に導入される可能性があるので、透過する伝送よりも好ましい。ビームスプリッタ１７８は、レーザ強度の１％未満、好ましくは、０．１％未満などの、レーザ波長に対して十分に低い吸収（作用）を有するように選択される。２００ワットレーザの場合、そのような低い吸収（作用）は、ビームスプリッタ１７８の加熱を、周囲温度より高い設定温度よりも低く、例えば、周囲温度より６℃高い温度よりも低く維持することができる。ノッチフィルタは、レーザ光が偏光されないので、光の全ての偏光、すなわち、ｓ−偏光およびｐ−偏光の両方を反射することができる。
【００３３】
ビームスプリッタ１７８の後面１７８ａは、ビームスプリッタ１７８および／または集束レンズ１７６、１７７によって、集められた光１１９に導入される少なくとも１つの光学収差を修正する修正光学素子を形成するように成形されている。光学収差は、集束レンズによって、集められた光１１９に導入される球面収差、および／または、集束する集められた光１１９（集束レンズ１７６、１７７によって生成される）が、角度付けされたビームスプリッタ１７８に衝突する結果として、集められた光１１９に導入される非対称収差および非点収差を含み得る。
【００３４】
後面１７８ａは、レーザ切除、溶融およびリフロー処理を使用して、修正光学素子を形成するべく成形される。具体的には、最初に、レーザ切除を使用してビームスプリッタ１７８の後面１７８ａに全体の光学形状が形成され、続いて、全体形状を平滑化するべく、レーザ溶融およびリフロー処理が用いられる。この結果、ビームスプリッタの後面１７８ａは、表面粗さの小さい成形面を有し、その結果、散乱が小さくなり、したがって効率が高くなる。
【００３５】
この実施形態では、後面１７８ａは、光学素子１７６、１７７と、集められた光１１９がビームスプリッタ１７８の後面１７８ａを通過する前に通過するビームスプリッタ１７８の前部とによって、集められた光１１９に導入される球面収差、非対称収差および非点収差などの収差を補償するために、ビームスプリッタ１７８を透過した光をビームスプリッタ１７８の面内で異ならせて曲げる、屈折性光学素子を形成している。当該屈折性光学素子は、位相スクリーン、特に、ビームスプリッタ１７８の後面１７８ａにわたって形成された連続位相スクリーンであってもよい。連続位相スクリーンの形態は、非特許文献１（Ｄｉｘｉｔらによる、「Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ  ｆｕｌｌｙ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｐｈａｓｅ  ｓｃｒｅｅｎｓ  ｆｏｒ  ｔａｉｌｏｒｉｎｇ  ｆｏｃａｌ−ｐｌａｎｅ  ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９６年１１月１日、Ｖｏｌ．  ２１、Ｎｏ２１、１７１５〜１７１７頁）に開示されているアルゴリズムを用いて決定されてもよい。所望の遠視野修正は、光学系によって導入される収差の理論的解析によって決定することができる。
【００３６】
別の実施形態では、ビームスプリッタ１７８の後面１７８ａは、収差を修正するための回折光学素子を形成するように成形される。屈折光学素子は、匹敵する制限された効率、ゼロ次数の漏洩、検出器の軸外の動作を必要とすること、および強い波長依存性を有することができるので、回折光学素子よりも好ましい。
【００３７】
光モジュール１０６は、ビームスプリッタ１７８を透過したレーザ光を取り込むためのヒートダンプ１８１をさらに備えている。レーザ光の大部分は、意図されるように、ビームスプリッタ１７８によって反射される。しかしながら、レーザ光のごく一部分はビームスプリッタ１７８を通過し、この小さな割合のレーザ光がヒートダンプ１８１によって捕捉される。この実施形態において、ヒートダンプ１８１は、ヒートダンプ１８１の壁上に位置されている散乱表面１８３に、光を反射する中央円錐体１８２を備えている。散乱表面１８３は、レーザ光を分散させる波状または隆起面を有する面であってもよい。例えば、散乱表面１８３は、渦巻き形状または螺旋形状を有する隆起部を備えることができる。散乱表面は、陽極酸化されたアルミニウムから作られてもよい。
【００３８】
測定開口１７１には、様々な測定装置が接続されてもよい。この実施形態では、集められた光１１９を撮像するためのカメラ１７２が設けられている。しかしながら、分光計および／または狭い波長帯域内の光を検出するように構成された、１つ以上のフォトダイオードのような他の検出器を使用することができることは理解されよう。好ましくは、カメラ１７２のような検出器は、３００〜１０００ｎｍの間の光を検出することができる、例えば、シリコンベースの検出器、および／または１０００ｎｍから３０００ｎｍの間の光を検出することができる、ＩｎＧａＡｓベースの検出器などの、広範囲の波長にわたる集められた光から画像を取得するためのものである。ビームスプリッタ１７８によって導入される収差の修正は、このような検出器によって捕捉される広帯域画像におけるぼけを低減または排除する。
【００３９】
使用時には、コンピュータ１６０は、コンピュータ１６０に記憶されている幾何学的データに基づいて、選択された領域を固化させるために粉末層の領域にわたってレーザビームを走査するように、レーザ１０５および光モジュール１０６を制御する。粉末層を溶融させることにより、材料を刺激して熱放射を発生させる。材料のいくらかはまた、気化されてプラズマを形成する。プラズマはまた、存在する材料に基づく特徴的なスペクトルを有する放射を放出する。溶融プール１８７およびプラズマによって発生された放射線の両方は、光モジュール１０６によって集められ、測定装置１７２に向けられる。
【００４０】
測定装置によって記録されたデータはコンピュータ１６０に送られ、そこでデータが記憶される。このようなデータは、プロセスを使用して構築された物体の後での検証のために使用されてもよい。データはまた、リアルタイムで（すなわち構築中に）、コンピュータ１６０によって解析され、この解析に基づいて、コンピュータ１６０はこの構築のパラメータを変更してもよい。
【００４１】
図４を参照すると、別の光モジュールが示されている。図２を参照して説明された実施形態の特徴に対応する、この実施形態の特徴を説明するために、２００代の同じ数字が使用される。上述の実施形態と実質的に同じであるこの実施形態の特徴は、再述されず、これらの特徴の説明については、図２および図３を参照してなされた上記の説明を参照する。
【００４２】
この実施形態では、集められた光２１９に導入された収差を修正するためにビームスプリッタ１７８の後面を変更するのではなく、むしろ、ビームスプリッタ２７８を透過して伝送される集められた光２１９の経路に、別個の修正光学素子２７８ａが設けられている。修正光学素子２７８ａは、伝送された画像に向かって湾曲された前面および後面を有する湾曲レンズを備えている。修正光学素子２７８ａは、特許文献２（米国特許第４４１２７２３号）に記載されているものとすることができる。
【００４３】
図５を参照するに、本発明による光モジュールのさらなる実施形態が示されている。図２および図４を参照して説明した実施形態の特徴に対応する、この実施形態の特徴を説明するために、３００代の同じ数字が使用されている。上記の実施形態と実質的に同じであるこの実施形態の特徴は、再説明されず、これらの特徴の説明のために、図２〜図４を参照してなされた上記の説明が参照される。
【００４４】
この実施形態は、ビームスプリッタ３７８の後面３７８ａが、各パッチについて近視野が遠視野に画像化されるパッチに集められた光３１９を分割する、２つの素子のホモジナイザ（後面３７８ａおよび第２の光学素子３７９を備えている）の一部を提供するべく形成されているということにおいて、図２を参照して説明された実施形態とは異なっている。フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）レンズ３８０は、各パッチを異なる測定装置３７２ａ、３７２ｂに配送する対応する出力３７１ａ、３７１ｂに各パッチを結合させる。ビームスプリッタ３７８の後面３７８ａおよび第２の光学素子３７９は、集められた光３１９をパッチに分割するフライズアイ（ｆｌｙ’ｓ  ｅｙｅ）レンズアレイとして形成されてもよい。
【００４５】
このような装置は、追加のビームスプリッタなどの追加の光学素子を整列させる必要もなく、異なる測定装置を使用して、分析のために集められた光の画像を分割するコンパクトな方法を提供する。このような機能は、光学素子３７６、３７７およびビームスプリッタ３７８の前方部分によって、集められた光３１９に導入された収差の形態修正と組み合わされて、またはそれらと別々に使用されてもよい。
【００４６】
さらなる実施形態では、ビームスプリッタの後面は、集められた光を検出器にスペクトル的に分散させるように形成されてもよい。
【００４７】
図６を参照するに、本発明による光モジュールのさらなる実施形態が示されている。図２、図４および図５を参照して説明された実施形態の特徴に対応する、この実施形態の特徴を説明するために、４００代の同じ数字が使用されている。上記の実施形態と実質的に同じであるこの実施形態の特徴は、再説明されず、これらの特徴の説明のために、図２、図４、および図５を参照してなされた上記の説明が参照される。
【００４８】
図６の実施形態は、ビームスプリッタ４７８によって、集められた光に導入される収差を修正するために、アルバレス（Ａｌｖａｒｅｚ）レンズ４７８ａ、４７８ｂが使用されているということで、上述の実施形態と異なっている。アルバレスレンズは、２つの透過性屈折プレート４７８ａ、４７８ｂを含み、それぞれが平表面と二次元立方体に形状付けられた表面とを有している２つの立方体の表面は、互いの逆であるように作られ、その結果、両方のプレートがその頂点を光軸上に置かれたとき、誘起された位相の変化が相殺される。２つのプレートがこの位置から横方向に変位されると、立方体の表面形状の微分である位相変化が誘発され、二次の位相プロファイルが得られる。この二次位相プロファイルは、ビームスプリッタ４７８によって、集められた光に導入される二次位相誤差を修正するために使用することができる。したがって、使用時に、光モジュールは、ビームスプリッタ４７８によって、集められた光に導入される二次位相誤差を修正するために、２つのプレート４７８ａ、４７８ｂを互いに対して位置決めするように、セットアップされる。
【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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【国際調査報告】
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