(57)【要約】【課題】より高精細な立体モデルを高精度で造形する。【解決手段】一括露光光学系１２とビームスキャン光学系１３は、立体モデルの断面形状データに応じて、所定の矩形領域である露光小領域単位で紫外線硬化樹脂５１の表面に光を照射する。駆動部５４は、紫外線硬化樹脂５１の表面に平行なx方向と露光小領域の1辺の方向とが異なる場合、x方向に第１の距離だけ露光小領域を移動させるとともに、紫外線硬化樹脂５１の表面に平行なy方向に第２の距離だけ露光小領域を移動させることにより、露光小領域の1辺の方向に露光小領域を走査する。本発明は、例えば、光造形装置に適用することができる。【選択図】図１
2009137230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、
前記断面形状データに応じて、所定の矩形領域単位で前記光硬化性樹脂の表面に光を照射する露光手段と、
前記光硬化性樹脂の表面に平行な第１の方向および第２の方向の少なくとも一方に前記矩形領域を移動させる移動手段と
を備え、
前記移動手段は、前記第１の方向と前記矩形領域の1辺の方向とが異なる場合、前記第１の方向に第１の距離だけ前記矩形領域を移動させるとともに、前記第２の方向に第２の距離だけ前記矩形領域を移動させることにより、前記1辺の方向に前記矩形領域を走査する
光造形装置。
【請求項２】
前記第１の方向と前記第２の方向が直交する場合、前記第１の距離および第２の距離は、前記露光手段で前記矩形領域に前記光が照射されることにより形成されたテスト用の立体モデルの1辺の方向と、前記第１の方向の角度に応じて決定される
請求項１に記載の光造形装置。
【請求項３】
前記第１の方向と前記第２の方向が直交しない場合、前記第１の距離は、前記露光手段で前記矩形領域に前記光が照射されることにより形成されたテスト用の立体モデルの1辺の方向と前記第１の方向の角度に応じて決定され、前記第２の距離は、前記1辺の方向と前記第１の方向の角度、および、前記第１の方向と前記第２の方向の角度に応じて決定される
請求項１に記載の光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光造形装置に関し、特に、より高精細な立体モデルを高精度で造形することができるようにした光造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光硬化性樹脂を用いた光造形装置の光造形方式としては、例えばビームスキャン方式と一括露光方式とがある。
【０００３】
ビームスキャン方式の光造形装置は、光源から放射されたレーザビームなどの光ビームを走査するビームスキャン光学系を有し、立体モデルの３次元形状を所定の厚さに積層方向に輪切り状にスライスした断面形状のデータ（以下、断面形状データという）に基づいて、光硬化性樹脂を1層ずつスキャンしながら描画することにより各硬化層を形成し、それを積層することにより立体モデルを造形する。
【０００４】
ビームスキャン方式の光造形装置では、使用波長やレンズ系の構成を変更し、スポット径を小さくすることにより、造形可能な立体モデルの精細度を高めることができるが、スポット径の縮小には限界があるため、その精細度を充分に高めることはできなかった。
【０００５】
また、一括露光方式の光造形装置は、液晶パネルやDMD(Digital Micromirror Device)などの空間光変調器(SLM(Spatial Light Modulator))を有した一括露光光学系を有し、断面形状データに基づいて空間光変調器に表示された各層のパターンを光硬化性樹脂に投影して各硬化層を形成し、それを積層することにより立体モデルを造形する。
【０００６】
一括露光方式の光造形装置では、空間光変調器の画素のサイズを小さくすることにより、造形可能な立体モデルの精細度を高めることができるが、画素のサイズには限界があるため、その精細度を充分に高めることはできなかった。
【０００７】
ところで、従来、SLMを有し、SLMにより変調された紫外光をPS版に照射することにより、PS版に画像を記録させる画像記録装置がある(例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−９５２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、ビームスキャン方式や一括露光方式の光造形装置では、造形可能な立体モデルの精細度を充分に高めることができない。そこで、より高精細な立体モデルを高精度で造形する光造形装置が求められていた。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より高精細な立体モデルを高精度で造形することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面の光造形装置は、立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の表面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、前記断面形状データに応じて、所定の矩形領域単位で前記光硬化性樹脂の表面に光を照射する露光手段と、前記光硬化性樹脂の表面に平行な第１の方向および第２の方向の少なくとも一方に前記矩形領域を移動させる移動手段とを備え、前記移動手段は、前記第１の方向と前記1辺の方向とが異なる場合、前記第１の方向に第１の距離だけ前記矩形領域を移動させるとともに、前記第２の方向に第２の距離だけ前記矩形領域を移動させることにより、前記1辺の方向に前記矩形領域を走査する。
【００１１】
本発明の一側面の光造形装置において、前記第１の方向と前記第２の方向が直交する場合、前記第１の距離および第２の距離は、前記一括露光手段で前記矩形領域に前記光が照射されることにより形成されたテスト用の立体モデルの1辺の方向と、前記第１の方向の角度に応じて決定されるようにすることができる。
【００１２】
本発明の一側面の光造形装置において、前記第１の方向と前記第２の方向が直交しない場合、前記第１の距離は、前記一括露光手段で前記矩形領域に前記光が照射されることにより形成されたテスト用の立体モデルの1辺の方向と前記第１の方向の角度に応じて決定され、前記第２の距離は、前記1辺の方向と前記第１の方向の角度、および、前記第１の方向と前記第２の方向の角度に応じて決定されるようにすることができる。
【００１３】
本発明の一側面においては、断面形状データに応じて、所定の矩形領域単位で光硬化性樹脂の表面に光が照射され、光硬化性樹脂の表面に平行な第１の方向と矩形領域の1辺の方向とが異なる場合、第１の方向に第１の距離だけ矩形領域を移動させるとともに、光硬化性樹脂の表面に平行な第２の方向に第２の距離だけ矩形領域を移動させることにより、矩形領域の1辺の方向に矩形領域が走査される。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の一側面によれば、より高精細な立体モデルを造形することができる。また、本発明の一側面によれば、高精細な立体モデルを高精度で造形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明を適用した光造形装置の一実施の形態の構成例を示している。
【００１７】
図１の光造形装置１１は、一括露光光学系１２、ビームスキャン光学系１３、偏光ビームスプリッタ１４、対物レンズ１５、駆動部１５Ａ、およびワーク部１６により構成され、断面形状データに応じて、ワーク部１６にある液状の紫外線硬化樹脂である紫外線硬化樹脂５１に紫外光を照射することにより光造形を行う。
【００１８】
一括露光光学系１２は、ワーク部１６にある紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域を一括して露光する一括露光を行うための光学系であり、光源２１、シャッタ２２、偏光板２３、ビームインテグレータ２４、ミラー２５、空間光変調器２６、集光レンズ２７、および駆動部２８から構成される。
【００１９】
光源２１としては、例えば、高出力な青色LED（Light Emitting Diode）をアレイ状に配置したものを用いることができる。なお、光源２１としては、後述するビームスキャン用の光源３１と異なり、コヒーレントなレーザ光源を用いる必要はない。光源２１は、後述する制御装置１００（図７）の制御により、一括露光を行うための紫外光を放射する。
【００２０】
シャッタ２２は、制御装置１００の制御により、光源２１から放射される紫外光の通過または遮蔽を制御することにより、一括露光光学系１２による露光のオン／オフを制御する。
【００２１】
偏光板２３は、シャッタ２２を通過した紫外光を所定の偏光光とする。即ち、偏光板２３は、空間光変調器２６が、光源２１からの紫外光を空間変調することができるように、その光を偏光する。
【００２２】
ビームインテグレータ２４は、偏光板２３により偏光された紫外光を均一化する。ビームインテグレータ２４としては、複数のレンズエレメントを配列してなるフライアイタイプや、四角柱等の柱状のロッドレンズの内部を全反射させるライトロッドタイプなどの一般的なものが用いられる。
【００２３】
ミラー２５は、ビームインテグレータ２４により均一化された紫外光を空間光変調器２６に向かって反射させる。
【００２４】
空間光変調器２６は、例えば、透過型の液晶パネルからなり、ミラー２５により反射された紫外光が、断面形状データに応じた形状で所定の矩形領域単位で紫外線硬化樹脂５１の表面に投影されるように、その紫外光の一部を空間変調する。
【００２５】
即ち、空間光変調器２６は、制御装置１００から入力される、液晶パネルの各画素を制御する駆動信号に基づいて、投影しようとする断面形状データに応じた所定の矩形領域単位の形状の画像に対応して、画素ごとに液晶の分子の配列を変えて透過する偏光方向を変化させることで通過する紫外光を空間変調する。
【００２６】
その結果、紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域への紫外光の照射が、断面形状データに応じた所定の矩形領域単位の形状に対応して、液晶パネルの1画素に対応する矩形の領域（以下、露光単位領域という）ごとにオン/オフされ、所定の矩形領域内の紫外光の照射がオンとされる露光単位領域に一括して紫外光が照射される。これにより、紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域に、断面形状データに応じた所定の矩形領域単位の形状の紫外光が照射される。
【００２７】
なお、空間光変調器２６は、透過型の液晶パネルではなく、入力信号に応じて傾き角度が変化する微小な反射ミラーが画素ごとに配列されることにより構成されるDMD、反射型液晶素子（LCOS（Liquid crystal on silicon））などにより構成されるようにしてもよい。
【００２８】
集光レンズ２７は、空間光変調器２６と偏光ビームスプリッタ１４との間に設けられ、対物レンズ１５とともに、空間光変調器２６で空間変調された紫外光を紫外線硬化樹脂５１上に結像するための投影光学系として機能する。
【００２９】
また、集光レンズ２７は、空間光変調器２６により空間変調された紫外光が対物レンズ１５を通過する際のディストーションを補正するためのレンズ群により構成され、投影光学系として機能するとともに、ディストーションを低減させることができる。
【００３０】
例えば、集光レンズ２７は、集光レンズ２７と対物レンズ１５とが対称光学系となるように、それぞれのレンズ群を構成することで、空間光変調器２６により空間変調された紫外光を、偏光ビームスプリッタ１４の反射透過面１４Ａ上の対物レンズ１５の前側焦点位置に集光し、これによりディストーションを低減する。
【００３１】
駆動部２８は、制御装置１００の制御により、空間光変調器２６を光軸方向に垂直な方向に回転させ、紫外線硬化樹脂５１上に結像された紫外光の矩形の領域の直交する2辺の方向と、後述するステージ５３の直交する2つの移動方向のズレを補正する。
【００３２】
なお、以下では、紫外線硬化樹脂５１の液面に垂直な光軸方向をz方向とし、そのz方向に垂直であり、互いに直交するステージ５３の移動方向をx方向およびy方向とする。
【００３３】
また、駆動部２８は、後述するビームスキャン光学系１３の反射光モニタ部４１により検出される戻り光に基づく制御装置１００の制御により、空間光変調器２６をz方向に駆動し、一括露光光学系１２から紫外線硬化樹脂５１の表面に照射される紫外光のフォーカスを調整する。
【００３４】
ビームスキャン光学系１３は、ワーク部１６の紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域内を、レーザ光を走査させてビームスキャン露光を行うための光学系であり、光源３１、コリメータレンズ３２、アナモルフィックレンズ３３、ビームエキスパンダ３４、ビームスプリッタ３５、シャッタ３６、ガルバノミラー３７および３８、リレーレンズ３９および４０、並びに反射光モニタ部４１から構成される。
【００３５】
光源３１は、例えば、青から紫外域程度の比較的波長の短いレーザ光を放射する半導体レーザにより構成される。光源３１は、制御装置１００の制御により、ビームスキャン光学系１３によりビームスキャンを行うためのレーザ光の光ビームを放射する。なお、光源３１としては、半導体レーザではなく、ガスレーザなどを用いてもよい。
【００３６】
コリメータレンズ３２は、光源３１から放射される光ビームの発散角を変換して略平行光とする。アナモルフィックレンズ３３は、コリメータレンズ３２により略平行光とされた楕円形状の光ビームを整形して略円形状にする。
【００３７】
ビームエキスパンダ３４は、複数のレンズを有しており、アナモルフィックレンズ３３により略円形状にされた光ビームの直径であるビーム径を、対物レンズ１５の開口、ＮＡ（開口数）等に適した所望のビーム径に変換してビーム径のサイズ調整を行う。
【００３８】
ビームスプリッタ３５は、光源３１から照射される光ビームを透過させて、ワーク部１６にある紫外線硬化樹脂５１に向かわせるとともに、紫外線硬化樹脂５１で反射され、各光学系を通過してくる戻り光を、反射光モニタ部４１に向かって反射する。
【００３９】
シャッタ３６は、制御装置１００の制御により、ビームスプリッタ３５を透過した光ビームの通過または遮蔽を制御し、ビームスキャン光学系１３によるビームスキャン露光のオン／オフを制御する。なお、シャッタ３６を設けて、光ビームの通過または遮断を制御して、ビームスキャン露光のオン/オフを制御するのではなく、光源３１における光ビームの放射の直接変調を制御して、ビームスキャン露光のオン/オフを制御するようにしてもよい。
【００４０】
ガルバノミラー３７および３８は、所定の方向に回転可能とされたミラーなどの反射部（図示せず）と、制御装置１００の制御により反射部の回転方向の角度を調整する調整部（図示せず）とを有し、調整部が反射部の角度を調整することで、反射部により反射される光ビームを、紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域内でx方向またはy方向に走査させる。
【００４１】
具体的には、ガルバノミラー３７は、シャッタ３６を透過した光ビームを、ガルバノミラー３８に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域内でx方向に走査させる。ガルバノミラー３８は、ガルバノミラー３７により反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ１４に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域内でy方向に走査させる。
【００４２】
なお、光造形装置１１において、ガルバノミラー３７および３８の代わりに、ポリゴンミラーなどを設けるようにしてもよい。
【００４３】
リレーレンズ３９および４０は、1つまたは複数のレンズを有するレンズ群からなる。リレーレンズ３９は、ガルバノミラー３７により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射し、ガルバノミラー３７で反射された光ビームを、ガルバノミラー３８上に結像する。リレーレンズ４０は、ガルバノミラー３８により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射し、ガルバノミラー３８で反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ１４の反射透過面１４Ａ上に結像する。
【００４４】
このように、ガルバノミラー３７とガルバノミラー３８との間にリレーレンズ３９を設け、ガルバノミラー３８と偏光ビームスプリッタ１４との間にリレーレンズ４０を設けることで、ガルバノミラー３７とガルバノミラー３８が近接する位置に配置されていない場合であっても、偏光ビームスプリッタ１４の反射透過面１４Ａ上に光ビームを結像させることができる。
【００４５】
反射光モニタ部４１は、紫外線硬化樹脂５１の表面で反射された戻り光を、例えば、非点収差法や三角測量法を用いて検出し、制御装置１００に入力する。
【００４６】
偏光ビームスプリッタ１４は、一括露光光学系１２からの紫外光と、ビームスキャン光学系１３からの光ビームとを合成し、それらの光を紫外線硬化樹脂５１に導く。なお、偏光ビームスプリッタ１４は、その反射透過面１４Ａが、対物レンズ１５の前側焦点位置に一致するように配置されている。
【００４７】
対物レンズ１５は、1または複数のレンズを有するレンズ群からなり、一括露光光学系１２からの紫外光を紫外線硬化樹脂５１の表面に結像させるとともに、ビームスキャン光学系１３からの光ビームを集光する。
【００４８】
また、対物レンズ１５は、ビームスキャン光学系１３のガルバノミラー３７および３８により偏光された光ビームが、紫外線硬化樹脂５１の表面の所定の矩形領域内において等速度で走査されるように、即ち、紫外線硬化樹脂５１の表面において均一な走査速度で走査されるように構成されている。
【００４９】
例えば、対物レンズ１５としては、入射角θに比例した像高Yを有し、焦点距離fと入射角θとの積が像高Yとなるような関係（Y=f×θ）を有する、いわゆるfθレンズが用いられる。この場合、光ビームの走査速度が、対物レンズ１５への入射位置によらず常に一定となるため、走査速度がばらつくことにより設計形状と実際の硬化層の形状とに違いが発生することを防止し、高精度の造形を行うことができる。
【００５０】
駆動部１５Ａは、ビームスキャン光学系１３の反射光モニタ部４１により検出される戻り光に基づく制御装置１００の制御により、対物レンズ１５をz方向に駆動し、ビームスキャン光学系１３から紫外線硬化樹脂５１の表面に照射される光ビームのフォーカスを調整する。具体的には、駆動部１５Ａは、対物レンズ１５の後側焦点位置が、ステージ５３上の紫外線硬化樹脂５１の表面に一致するように、対物レンズ１５をz方向に駆動する。
【００５１】
ワーク部１６は、収容容器５２、ステージ５３、駆動部５４から構成される。
【００５２】
収容容器５２は、紫外線硬化樹脂５１を収容する。ステージ５３は、収容容器５２の紫外線硬化樹脂５１に浸漬され、駆動部５４の制御により、x方向，y方向、およびz方向に移動する。
【００５３】
駆動部５４は、制御装置１００の制御により、x方向に所定の距離だけステージ５３を順次移動させることにより、一括露光光学系１２またはビームスキャン光学系１３により露光される所定の矩形領域（以下、露光小領域という）を、その露光小領域の1辺の方向に走査する。なお、x方向と露光小領域の1辺の方向とが異なる場合には、駆動部５４は、制御装置１００の制御により、x方向だけでなく、y方向にもステージ５３を移動させることにより、露光小領域を露光小領域の1辺の方向に走査する。
【００５４】
この後、駆動部５４は、制御装置１００の制御により、x方向およびy方向に所定の距離だけステージ５３を移動させることにより、走査方向に垂直な露光小領域の1辺の方向に並ぶ次の走査ラインの開始位置に露光小領域を移動させる。そして、駆動部５４は、制御装置１００の制御により、露光小領域を露光小領域の1辺の方向に再度走査する。
【００５５】
以上の処理が繰り返されて、露光小領域の直交する2辺の方向にそれぞれ所定の数だけ並べられた露光小領域からなるワーク領域が露光されることにより、紫外線硬化樹脂５１の1層分の断面形状データに対応する形状の領域が露光され、1層分の硬化層がステージ５３上に形成される。
【００５６】
このように、光造形装置１１は、露光小領域を直交する2辺の方向にタイルのように敷き詰めることにより、ワーク領域を露光する。従って、ここでは、光造形装置１１の光造形方式を、露光小領域とワーク領域が同一であるビームスキャン方式や一括露光方式と区別するため、タイリング方式という。
【００５７】
なお、露光小領域の大きさは、ガルバノミラー３７および３８の回転角度、対物レンズ１５の径および構成、空間光変調器２６の大きさなどによって決定される。
【００５８】
また、駆動部５４は、制御装置１００の制御により、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、ステージ５３をz方向に1層分の厚みずつ移動させる。これにより、複数の硬化層が積層され、立体モデルが造形される。
【００５９】
さらに、駆動部５４は、ビームスキャン光学系１３の反射光モニタ部４１により検出される戻り光に基づく制御装置１００の制御により、収容容器５２をz方向に駆動し、一括露光光学系１２から紫外線硬化樹脂５１の表面に照射される紫外光のフォーカス、およびビームスキャン光学系１３から紫外線硬化樹脂５１の表面に照射される光ビームのフォーカスを調整する。
【００６０】
次に、図２を参照して、光造形装置１１による光造形について説明する。
【００６１】
なお、図２の例では、図２Ａに示すように、ワーク領域７０が、x方向およびy方向の長さが10cmの正方形であり、露光小領域７１が、x方向およびy方向の長さが1cmの正方形であるものとする。従って、ワーク領域７０は、x方向およびy方向にそれぞれ10個ずつ露光小領域７１が並べられることにより構成される。
【００６２】
図２Ａにおいて、ワーク領域７０の中央の領域７３が、断面形状データに対応する形状の領域であるとすると、光造形装置１１が一括露光光学系１２だけを用いて露光する場合、ワーク領域７０を構成する露光小領域７１のうちの、下から2番目で、かつ左から3番目の露光小領域７１Ａを拡大すると、図２Ｂに示すようになる。
【００６３】
即ち、空間光変調器２６のx方向およびy方向の画素数が、1000画素であるものとすると、図２Ｂに示すように、露光小領域７１Ａのx方向およびy方向の露光単位領域は1000個となり、露光小領域７１Ａ内の各露光単位領域のx方向およびy方向の長さは10μmとなる。
【００６４】
これに対して、従来の一括露光方式では、露光小領域とワーク領域が同一であるため、露光小領域内の各露光単位領域のx方向およびy方向の長さは、100μm（=10cm/1000個）となる。従って、光造形装置１１によるタイリング方式の一括露光では、一括露光方式の一括露光に比べて、一括露光を高精細に行うことができる。その結果、光造形装置１１は、高精細な造形を行うことができる。
【００６５】
なお、図２Ｂにおいて、斜線で示した領域が、露光小領域７１Ａにおいて一括露光光学系１２により一括露光される露光単位領域であり、２点鎖線が、断面形状データに対応する形状の輪郭線を表している。図２Ｂに示すように、一括露光光学系１２だけを用いて露光される場合、輪郭線より内側にある露光単位領域だけが露光されており、輪郭線が重なっている露光単位領域、および輪郭線より外側にある露光単位領域は、露光されない。
【００６６】
一方、光造形装置１１が、一括露光光学系１２とビームスキャン光学系１３の両方を用いて露光する場合、露光小領域７１Ａを拡大すると、図２Ｃに示すようになる。
【００６７】
なお、図２Ｃにおいても、斜線で示した領域が露光小領域７１Ａにおいて一括露光光学系１２により一括露光される露光単位領域であり、２点鎖線が、断面形状データに対応する形状の輪郭線を表している。
【００６８】
図２Ｃに示すように、光造形装置１１が、一括露光光学系１２とビームスキャン光学系１３の両方を用いて露光する場合、図２Ｂに示した場合と同様に、一括露光光学系１２により輪郭線より内側にある露光単位領域が露光された後、図２Ｃに示すように、ビームスキャン光学系１３により光ビームがベクタスキャンまたはラスタスキャンされ、一括露光することができない輪郭線が重なっている露光単位領域の輪郭線の内側の領域が露光される。なお、ベクタスキャンとは、曲線状のスキャンのことであり、ラスタスキャンとは、一方向に往復するスキャンのことである。
【００６９】
以上のように、光造形装置１１が、一括露光光学系１２とビームスキャン光学系１３の両方を用いて露光する場合、一括露光することができない輪郭線が重なっている露光単位領域の輪郭線の内側の領域をビームスキャン露光することができるので、一括露光光学系１２だけを用いて露光する場合に比べて、断面形状データに対応する形状を高精細に露光することができる。その結果、高精細な立体モデルを造形することができる。
【００７０】
また、光造形装置１１では、ビームスキャン露光もタイリング方式で行われるので、露光小領域とワーク領域が同一である従来のビームスキャン方式のビームスキャン露光に比べて、ビームスキャン範囲が小さくなり、ビームスキャン露光を高精細に行うことができる。
【００７１】
なお、図２では、露光小領域７１の正方形の直交する2辺の方向が、ステージ５３の移動方向であるx方向およびy方向に一致していたが、実際には、一致しない場合が多い。
【００７２】
この場合、図３に示すように、各露光小領域９１の直交する2辺の方向がx方向およびy方向に対して傾いてしまうため、駆動部５４が露光小領域９１の走査時にステージ５３をx方向に移動させると、走査方向と露光小領域９１の1辺の方向が異なり、隣接する露光小領域９１に重なり９２が生じる。その結果、所望の形状を露光することができないという問題が発生する。
【００７３】
この問題を解決するための方法としては、例えば空間光変調器２６またはステージ５３を回転させて、露光小領域９１の直交する2辺の方向と、x方向およびy方向とを一致させる方法が考えられる。しかしながら、空間光変調器２６またはステージ５３を微小回転させることは困難であるため、露光小領域９１の直交する2辺の方向とx方向およびy方向とをミクロン単位で一致させることは難しい。
【００７４】
そこで、光造形装置１１は、露光小領域９１の走査時に、ステージ５３をx方向だけでなくy方向にも移動させることにより、走査方向と露光小領域９１の1辺の方向を一致させ、隣接する露光小領域９１が重ならないようにする。
【００７５】
具体的には、ユーザは、まず最初に、露光小領域９１の走査時にステージ５３をx方向にだけ移動させることにより、例えば、2つの露光小領域９１全体を露光させ、テスト用の立体モデルを造形する。
【００７６】
この場合、図４に示すように、露光小領域９１が1辺の長さがLの正方形であり、露光小領域９１の直交する2辺の方向の、x方向およびy方向に対する傾きの角度がθであるとすると、隣接する露光小領域９１には重なり９２が生じるため、テスト用の立体モデルの断面形状は領域９３の形状となる。
【００７７】
次に、ユーザは、このテスト用の立体モデルの断面の図４中ａおよびbの長さを測定し、制御装置１００に入力する。制御装置１００は、入力された長さaとbを用いて、Lsinθ（=Lb/a）を、露光小領域９１のx方向の走査時の1回分のx方向の移動量（以下、x方向走査時移動量という）として求め、Lcosθ（=L√（1-b2/a2））を、露光小領域９１のx方向の走査時の1回分のy方向の移動量（以下、y方向走査時移動量という）として求める。即ち、x方向走査時移動量とy方向走査時移動量は、角度θに応じて決定される。
【００７８】
そして、制御装置１００は、x方向走査時移動量およびy方向走査時移動量に基づいて駆動部５４を制御することにより、露光小領域９１を走査する際、ステージ５３をx方向にLcosθだけ順次移動させるとともに、y方向にLsinθだけ順次移動させる。これにより、走査方向と、露光小領域９１の1辺の方向が一致する。
【００７９】
その結果、図５に示すように、隣接する露光小領域９１どうしが重なり合わず、所望の形状を露光することができる。
【００８０】
なお、図３乃至図５では、ステージ５３の移動方向であるx方向とy方向が直交していたが、実際には、その直交の精度が悪い場合がある。
【００８１】
この場合、x方向とy方向の角度をαとすると、露光小領域９１を走査する際、ステージ５３をx方向にLcosθだけ順次移動させるとともに、y方向にLsinθだけ順次移動させても、x方向と垂直な方向には、Lsinθ×sinαだけしか移動しないため、走査方向と露光小領域９１の1辺の方向は一致しない。その結果、隣接する露光小領域９１に重なり９２が生じ、所望の形状を露光することができないという問題が発生する。
【００８２】
そこで、ユーザは、露光小領域９１の走査時に、ステージ５３をx方向にLcosθだけ順次移動させるとともに、y方向にLsinθだけ順次移動させることにより、例えば、2つの露光小領域９１全体を露光させ、テスト用の立体モデルを再度造形する。このようにして造形されたテスト用の立体モデルの断面形状は、図６の領域９４の形状となる。
【００８３】
次に、ユーザは、このテスト用の立体モデルの断面の図６中cの長さを測定し、制御装置１００に入力する。制御装置１００は、入力された長さcと、テスト時のy方向走査時移動量であるLsinθとを用いて、sinα（=c/Lsinθ））を求め、さらにLsinθ/sinαをy方向走査時移動量として求める。また、制御装置１００は、x方向走査時移動量をテスト時のx方向走査時移動量から変更せず、Lcosθのままとする。即ち、x方向走査時移動量は角度θに応じて決定され、y方向走査時移動量は角度θおよびαに応じて決定される。
【００８４】
そして、制御装置１００は、x方向走査時移動量およびy方向走査時移動量に基づいて駆動部５４を制御することにより、露光小領域９１を走査する際、ステージ５３をx方向にLcosθだけ順次移動させるとともに、y方向にLsinθ/sinαだけ順次移動させる。これにより、露光小領域９１の走査時に、x方向と垂直な方向にはLsinθだけ移動するようになり、走査方向と露光小領域９１の1辺の方向が一致する。その結果、隣接する露光小領域９１どうしが重なり合わず、所望の形状を露光することができる。
【００８５】
以上のように、光造形装置１１は、露光小領域９１の走査時に、ステージ５３をx方向だけでなくy方向にも移動させることにより、露光小領域７１の正方形の直交する2辺の方向が、ステージ５３の移動方向であるx方向およびy方向に一致していない場合であっても、走査方向と露光小領域９１の1辺の方向を一致させ、所望の形状を露光することができるようにする。
【００８６】
なお、図２Ｃで示したように、光造形装置１１が、一括露光光学系１２とビームスキャン光学系１３の両方を用いて露光する場合には、一括露光光学系１２における露光小領域９１とビームスキャン光学系１３における露光小領域９１の両方が存在し、それぞれの露光小領域９１の直交する2辺の方向が、x方向およびy方向に一致していないことが考えられる。
【００８７】
従って、この場合、例えば、ユーザは、一括露光光学系１２における露光小領域９１の直交する2辺の方向とx方向およびy方向とのズレを、空間光変調器２６を回転させることにより補正し、補正後に造形したテスト用の立体モデルを用いて、走査方向とビームスキャン光学系１３における露光小領域９１の1辺の方向を一致させる。
【００８８】
なお、走査方向とビームスキャン光学系１３における露光小領域９１の1辺の方向を一致させることにより、走査方向がx方向ではなくなるため、走査方向と一括露光光学系１２における露光小領域９１の1辺の方向に微細なズレが生じるが、図２Ｃに示したように、一括露光光学系１２における露光小領域では、断面形状データに対応する形状の輪郭より内側にある露光単位領域だけが露光され、その外側はビームスキャン光学系１３により露光されるので、その微細なズレはビームスキャン光学系１３による露光により吸収される。
【００８９】
図７は、図１の光造形装置１１の各部を制御する制御装置１００のハードウェア構成例を示している。
【００９０】
図７の制御装置１００において、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。
【００９１】
バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなり、光造形装置１１と通信を行う通信部１０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。
【００９２】
記憶部１０８には、例えば、CADで作成された立体モデルの３次元形状データを、立体モデルの表面が小さな三角形の面で表現されるフォーマットであるSTL（Stereo Lithography）に変換するプログラムや、STLに変換された３次元形状データから立体モデルの断面形状データを作成するプログラム、立体モデルの断面形状データに基づいて、一括露光光学系１２およびビームスキャン光学系１３を制御するプログラムが記憶されている。
【００９３】
このような制御装置１００では、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５およびバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行し、通信部１０９を介して、光造形装置１１の各部を制御することで、光造形装置１１に光造形を実行させる。
【００９４】
例えば、制御装置１００のCPU１０１は、入力部１０６からの入力に応じて、光源２１から放射する紫外光または光源３１から放射する光ビームの強度などを決定し、それを制御するための制御信号を、通信部１０９を介して光源２１または３１に入力する。CPU１０１は、入力部１０６からの入力に応じて、露光のオン/オフを制御するための制御信号を、通信部１０９を介してシャッタ２２または３６に入力する。
【００９５】
また、CPU１０１は、断面形状データに応じて、断面形状データに対応する露光小領域単位の形状の画像が表示されるように、液晶パネルの各画素を制御する駆動信号を、通信部１０９を介して空間光変調器２６に入力する。CPU１０１は、入力部１０６からの入力に応じて、空間光変調器２６を所望の角度だけ回転させるための制御信号を、通信部１０９を介して駆動部２８に入力する。
【００９６】
さらに、CPU１０１は、反射光モニタ部４１から通信部１０９を介して入力された戻り光に基づいて、空間光変調器２６をz方向に駆動するための制御信号を、通信部１０９を介して駆動部２８に入力したり、対物レンズ１５をz方向に駆動するための制御信号を通信部１０９を介して駆動部１５Ａに入力したり、収容容器５２をz方向に駆動するための制御信号を、駆動部５４に入力したりする。
【００９７】
また、CPU１０１は、断面形状データに応じて、断面形状データに対応する露光小領域単位の形状が露光されるように、ガルバノミラー３７および３８の反射部の角度を調整するための制御信号を、通信部１０９を介してガルバノミラー３７および３８に入力する。
【００９８】
さらに、CPU１０１は、入力部１０６から入力される長さａおよびbまたは長さa乃至cに基づいて、図３乃至図６で説明したように、x方向走査時移動量およびy方向走査時移動量を求める。
【００９９】
また、CPU１０１は、所定のタイミングで、ステージ５３をx方向にｘ方向走査時移動量だけ移動させ、y方向にy方向走査時移動量だけ移動させるための制御信号を、通信部１０９を介して駆動部５４に入力し、露光小領域をx方向に走査させる。そして、露光小領域のx方向の走査が終了すると、CPU１０１は、次の走査ラインの開始位置に露光小領域を移動させるための制御信号を、通信部１０９を介して駆動部５４に入力する。
【０１００】
さらに、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、CPU１０１は、ステージ５３をz方向に1層分の厚みだけ移動させるための制御信号を、通信部１０９を介して駆動部５４に入力する。
【０１０１】
次に、図８のフローチャートを参照して、図７のCPU１０１によるステージ移動処理について説明する。このステージ移動処理は、例えば、ユーザが入力部１０６を操作することにより造形の開始を指示したとき、開始される。
【０１０２】
ステップＳ１１において、CPU１０１は、入力部１０６により入力された長さaおよびbまたは長さa乃至cに基づいて、x方向走査時移動量およびy方向走査時移動量を求める。
【０１０３】
具体的には、入力部１０６から長さa乃至cのいずれも入力されない場合、CPU１０１は、x方向走査時移動量を、露光小領域の1辺の長さLとし、y方向走査時移動量を0とする。一方、入力部１０６から長さaおよびbが入力された場合、CPU１０１は、図３乃至図５で説明したように、長さaおよびbに基づいて、Lcosθをx方向走査時移動量として求め、Lsinθをy方向走査時移動量として求める。
【０１０４】
また、入力部１０６から長さa乃至cが入力された場合、CPU１０１は、図６で説明したように、長さa乃至cに基づいて、Lcosθをx方向走査時移動量として求め、Lsinθ/sinαをy方向走査時移動量として求める。
【０１０５】
ステップＳ１２において、CPU１０１は、駆動部５４に制御信号を入力することにより、最初の走査ラインの走査開始位置（例えば、ワーク領域内の左上の位置）に露光小領域が位置するように、ステージ５３を移動させる。
【０１０６】
ステップＳ１３において、CPU１０１は、駆動部５４に制御信号を入力することにより、ステージ５３をx方向にx方向走査時移動量だけ移動させ、y方向にy方向走査時移動量だけ移動させる。
【０１０７】
ステップＳ１４において、CPU１０１は、ステップＳ１３の処理を所定の回数（例えば、ワーク領域内のx方向に並ぶ露光小領域の数）だけ繰り返したかを判定する。ステップＳ１４で、まだステップＳ１３の処理を所定の回数だけ繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３の処理が所定の回数だけ繰り返されるまで、ステップＳ１３およびＳ１４の処理が繰り返される。
【０１０８】
一方、ステップＳ１４で、ステップＳ１３の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、即ち、露光小領域の走査が終了した場合、ステップＳ１５において、CPU１０１は、駆動部５４に制御信号を入力することにより、次の走査ラインの走査開始位置に露光小領域が位置するように、ステージ５３を移動させる。
【０１０９】
ステップＳ１６において、CPU１０１は、ステップＳ１５の処理を所定の回数(例えば、ワーク領域内のy方向に並ぶ露光小領域の数)だけ繰り返したかを判定する。ステップＳ１６で、まだステップＳ１５の処理を所定の回数だけ繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ１３に戻り、ステップＳ１５の処理が所定の回数だけ繰り返されるまで、ステップＳ１３乃至Ｓ１６の処理が繰り返される。
【０１１０】
一方、ステップＳ１６で、ステップＳ１５の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、即ち、1層分の断面形状データに対応する形状の領域が露光された場合、ステップＳ１７において、CPU１０１は、駆動部５４に制御信号を入力することによりステージ５３をz方向に立体モデルの1層分の厚みだけ移動させる。
【０１１１】
ステップＳ１８において、CPU１０１は、ステップＳ１７の処理を所定の回数（例えば、立体モデルの層数）だけ繰り返したかを判定する。ステップＳ１８で、まだステップＳ１７の処理を所定の回数だけ繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ１２に戻り、ステップＳ１７の処理が所定の回数だけ繰り返されるまで、ステップＳ１２乃至Ｓ１８の処理が繰り返される。
【０１１２】
一方、ステップＳ１８で、ステップＳ１７の処理が所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、即ち立体モデルが造形された場合、処理は終了する。
【０１１３】
なお、上述した説明では、光造形装置１１において、液状の紫外線硬化樹脂５１を用いて光造形が行われたが、紫外線硬化樹脂の状態は液状に限定されず、例えばフィルム状であってもよい。
【０１１４】
また、上述した説明では、光造形装置１１が、紫外線硬化樹脂５１の上から光を照射し、液面で紫外線硬化樹脂５１を硬化させる自由液面法で光造形を行ったが、底面が透明の収容容器に入った紫外線硬化樹脂を収容容器の下側から光を照射し、収容容器の底面で紫外線硬化樹脂を硬化させる規制液面法で光造形を行うようにしてもよい。なお、この場合、紫外線硬化樹脂の表面とは、収容容器の底面と紫外線硬化樹脂の界面を指す。
【０１１５】
さらに、本明細書において、プログラム記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１１６】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明を適用した光造形装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
【図２】図１の光造形装置による光造形について説明する図である。
【図３】露光小領域の重なりを示す図である。
【図４】テスト用の立体モデルにおける露光小領域の重なりを示す図である。
【図５】図１の光造形装置による露光小領域の走査について説明する図である。
【図６】他のテスト用の立体モデルにおける露光小領域の重なりを示す図である。
【図７】制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図８】図７のCPUによるステージ移動処理について説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１８】
１１  光造形装置,  １２  一括露光光学系,  １３  ビームスキャン光学系,  ５１  紫外線硬化樹脂,  ５３  ステージ,  ５４  駆動部,
【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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