(57)【要約】【課題】高精度な造形物を造形する。【解決手段】光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、立体モデルの断面形状データを分割し、ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成する。また、ワーク小領域データに応じてワーク小領域が露光される露光順番を、所定のワーク小領域が露光された次に、所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定する。本発明は、例えば、光造形装置に適用できる。【選択図】図４
2009132125.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、
光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成するデータ生成手段と、
前記ワーク小領域データに応じて前記ワーク小領域が露光される露光順番を、所定の前記ワーク小領域が露光された次に、前記所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定する決定手段と
を備える光造形装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記所定のワーク小領域が露光されてから、前記所定のワーク小領域に隣接するワーク小領域が露光されるまでの時間が、前記光硬化性樹脂の硬化に必要な時間以上となるように、前記露光順番を決定する
請求項１に記載の光造形装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記立体モデルの断面形状データに応じた所定の前記硬化層の次の硬化層を形成するときに、前記所定の硬化層における前記ワーク小領域の露光順番に準じて、前記次の硬化層における前記ワーク小領域の露光順番を決定する
請求項１に記載の光造形装置。
【請求項４】
前記データ生成手段により生成されたワーク小領域データに基づいて前記光硬化性樹脂の表面を一括して露光し、前記硬化層を形成する一括露光手段と、
前記決定手段により決定された前記露光順番に従って、前記一括露光手段から前記光硬化性樹脂に照射される光の光軸に対して垂直方向に、前記一括露光手段および前記硬化層の一方を、他方に対して相対的に移動させる移動手段と
をさらに備える請求項１に記載の光造形装置。
【請求項５】
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方法において、
光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成し、
前記ワーク小領域データに応じて前記ワーク小領域が露光される露光順番を、所定の前記ワーク小領域が露光された次に、前記所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定する
ステップを含む光造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光造形装置および光造形方法に関し、特に、高精度な造形物を造形することができるようにした光造形装置および光造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＡＤ（Computer Aided Design）で作成された３次元形状データを用いて、立体モデル（造形物）を作成するときには、例えば、数値制御される機械加工機などが用いられ、機械加工により立体モデルが作成される。
【０００３】
また、近年、機械加工をすることなく立体モデルを作成するラピッドプロトタイピング（ＲＰ：Rapid Prototyping）と呼ばれる手法が、多くの製造現場で注目を集めている。ラピッドプロトタイピングでは、立体モデルの３次元形状データに基づいて、立体モデルをスライスした断面形状の薄板を作成し、その断面形状の薄板を積層することで立体モデルが作成される積層造形法と呼ばれる製造手法が用いられる。
【０００４】
また、ラピッドプロトタイピングは、この断面形状の薄板を作成する方法によって、紫外線硬化樹脂を用いた光造形、熱可塑性樹脂を押し出し積層する方法（ＦＤＭ）、粉末の溶融接着積層方式（ＳＬＳ）、紙を薄膜積層する方式（ＬＯＭ）、粉末や硬化触媒を吐出させ積層する方式（Ｉｎｋ−Ｊｅｔ方式）などに分類される。
【０００５】
例えば、光造形においては、ＣＡＤで作成された立体モデルの３次元形状データが、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）に変換されて、光造形装置に入力される。
【０００６】
光造形装置は、３次元形状データから、例えば、0.1〜0.2mm程度の一定間隔で、立体モデルをスライスした断面形状データを作成し、断面形状データに応じて、液状の光硬化樹脂の表面に照射する光の照射領域を決定する。光造形装置は、断面形状データの１層ごとに、液状の光硬化樹脂の表面に、その断面形状データに応じた照射領域の光を照射するとともに、液状の光硬化樹脂中の移動架台を、立体モデルをスライスした厚みに応じて垂直方向下方に移動させる。そして、光造形装置は、断面形状データの最下層から最上層まで、光の照射と移動架台の移動とを繰り返すことにより、立体モデルを生成する。
【０００７】
ここで、特許文献１には、空間光変調器を用い、画像データに応じて紫外線を変調して、その紫外線により感光性樹脂に画像を記録する画像記録装置が開示されている。
【０００８】
【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】
【０００９】
上述したように光造形装置は構成されているが、従来の光造形装置よりも、高精度な造形物を造形することができる装置が求められていた。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高精度な造形物を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】
【００１１】
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であって、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成するデータ生成手段と、前記ワーク小領域データに応じて前記ワーク小領域が露光される露光順番を、所定の前記ワーク小領域が露光された次に、前記所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定する決定手段とを備える。
【００１２】
本発明の一側面の光造形方法は、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方法であって、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成し、前記ワーク小領域データに応じて前記ワーク小領域が露光される露光順番を、所定の前記ワーク小領域が露光された次に、前記所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定するステップを含む。
【００１３】
本発明の一側面においては、光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、立体モデルの断面形状データが分割され、ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データが生成される。そして、ワーク小領域データに応じてワーク小領域が露光される露光順番が、所定のワーク小領域が露光された次に、所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一側面によれば、高精度な造形物を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】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００１６】
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であって、
光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成するデータ生成手段（例えば、図５のステップＳ１３の処理を実行する図１の制御部２１）と、
前記ワーク小領域データに応じて前記ワーク小領域が露光される露光順番を、所定の前記ワーク小領域が露光された次に、前記所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定する決定手段（例えば、図５のステップＳ１４の処理を実行する図１の制御部２１）と
を備える。
【００１７】
また、本発明の一側面の光造形装置は、
前記データ生成手段により生成されたワーク小領域データに基づいて前記光硬化性樹脂の表面を一括して露光し、前記硬化層を形成する一括露光手段（例えば、図１の空間光変調器１７）と、
前記決定手段により決定された前記露光順番に従って、前記一括露光手段から前記光硬化性樹脂に照射される光の光軸に対して垂直方向に、前記一括露光手段および前記硬化層の一方を、他方に対して相対的に移動させる移動手段（例えば、図１のステージ３３）と
をさらに備えることができる。
【００１８】
本発明の一側面の光造形方法は、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方法であって、
光造形の作業が行われるワーク全体領域を複数の領域に分割したワーク小領域に応じて、前記立体モデルの断面形状データを分割し、前記ワーク小領域に対応する断面形状データであるワーク小領域データを生成し（例えば、図５のステップＳ１３）、
前記ワーク小領域データに応じて前記ワーク小領域が露光される露光順番を、所定の前記ワーク小領域が露光された次に、前記所定のワーク小領域から少なくとも１つ以上離れているワーク小領域が露光されるように決定する（例えば、図５のステップＳ１４）
ステップを含む。
【００１９】
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。
【００２０】
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すブロック図である。
【００２１】
図１において、光造形装置１１は、光源１２、シャッタ１３、偏光板１４、ビームインテグレータ１５、ミラー１６、空間光変調器１７、集光レンズ１８、対物レンズ１９、ワーク部２０、および制御部２１から構成される。
【００２２】
光源１２としては、例えば、高出力な青色ＬＥＤをアレイ状に配置したものを用いることができ、光源１２は、ワーク部２０の紫外線硬化樹脂３１を露光して、硬化層を形成するための光を放射する。なお、光源１２としては、コヒーレントなレーザ光源を用いる必要はない。
【００２３】
シャッタ１３は、制御部２１の制御に従って、光源１２から放射される光を通過または遮蔽し、光源１２からの光による紫外線硬化樹脂３１の露光のオン／オフを制御する。
【００２４】
偏光板１４は、シャッタ１３を通過した光を所定の偏光光とする。即ち、偏光板１４は、透過型の液晶パネルからなる空間光変調器１７が、光源１２からの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。
【００２５】
ビームインテグレータ１５は、偏光板１４により偏光された光を均一化する。ビームインテグレータ１５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構成としてなるライトロッドタイプ等の一般的なものが用いられる。
【００２６】
ミラー１６は、ビームインテグレータ１５により均一化された光を空間光変調器１７に向かって反射する。
【００２７】
空間光変調器１７は、例えば、透過型の液晶パネルからなり、ミラー１６により反射された光が、紫外線硬化樹脂３１上の断面形状データに応じた照射領域を露光するように、制御部２１の制御に従い、その光の一部を空間変調する。
【００２８】
即ち、空間光変調器１７には、断面形状データに応じて、液晶パネルの各画素を駆動させる駆動信号が制御部２１から供給され、空間光変調器１７は、その駆動信号に基づいて、照射領域に対応する画素の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。これにより、空間光変調器１７は、液晶パネルを通過する光を空間変調し、液晶パネルの１画素に対応する領域を、露光を行う単位領域として、断面形状データに応じた形状の光を紫外線硬化樹脂３１に投影する。
【００２９】
集光レンズ１８は、空間光変調器１７により空間変調された光が対物レンズ１９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、空間光変調器１７により空間光変調された光を、対物レンズ１９の前焦点に集光する。例えば、集光レンズ１８と対物レンズ１９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、ディストーションを少なくすることができる。
【００３０】
対物レンズ１９は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、空間光変調器１７により空間変調された光を紫外線硬化樹脂３１の表面に結像させる
【００３１】
ここで、対物レンズ１９は、例えば、光源１２からの光による一括露光とともに、図示しないビームスキャン光学系からの光ビームによるビームスキャン露光が行われるときに、ビームスキャン光学系からの光ビームを集光するとともに、光ビームが、紫外線硬化樹脂３１の表面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３１の表面において均一な走査線速度で走査されるように構成されている。
【００３２】
例えば、対物レンズ１９としては、入射角θに比例した像高Ｙをもち、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）を有する所謂ｆθレンズが用いられる。換言すると、ｆθレンズは、走査される光ビームの走査速度が、レンズへの入射位置によらず、常に一定となるように設計されたレンズである。このような対物レンズ１９を用いることで、走査線速度がばらつくことによる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することができ、高精細な造形が実現される。なお、対物レンズ１９としては、ｆθレンズではなく、通常の集光機能を有するレンズを用いてもよい。
【００３３】
ワーク部２０は、収容容器３２、ステージ３３、駆動部３４から構成される。
【００３４】
収容容器３２は、液状の紫外線硬化樹脂３１を収容する。
【００３５】
ステージ３３は、収容容器３２の紫外線硬化樹脂３１に浸漬され、少なくとも紫外線硬化樹脂３１の表面である液面に対して直交する垂直方向（図１の矢印Ｚの方向）に移動可能とされる。また、ステージ３３は、紫外線硬化樹脂３１の表面である液面に沿う方向（即ち、矢印Ｚの方向に対して垂直なＸ−Ｙ方向）に移動可能とされる。ここで、空間光変調器１７を介して紫外線硬化樹脂３１を照射する光の光軸がＺ方向であるとすると、ステージ３３は、その光軸方向に直交する方向に、ステージ３３上に形成される硬化層を移動させる。また、駆動部３４は、後述するワーク小領域（図２）ごとに、紫外線硬化樹脂３１の表面に沿う方向（Ｘ−Ｙ方向）にステージ３３を移動させる。
【００３６】
駆動部３４は、制御部２１の制御に従い、収容容器３２およびステージ３３を駆動する。例えば、駆動部３４は、立体モデルの断面形状データに応じて紫外線硬化樹脂３１が露光され、立体モデルの硬化層が１層形成されるのに応じて、１ステップずつステージ３３を垂直方向下方に駆動する。また、駆動部３４は、紫外線硬化樹脂３１の表面が、対物レンズ１９の後側焦点位置に一致するように、収容容器３２を垂直方向に駆動する。
【００３７】
制御部２１は、光源１２を制御して、光源１２からの光の放射をオン／オフさせたり、シャッタ１３を制御して、紫外線硬化樹脂３１の露光をオン／オフさせたり、駆動部３４を制御して、収容容器３２およびステージ３３を駆動させる。また、制御部２１は、立体モデルの断面形状データに基づいて、照射領域に対応する空間光変調器１７の画素が光を透過するように、空間光変調器１７の各画素を駆動する駆動信号を空間光変調器１７に供給する。
【００３８】
また、制御部２１は、例えば、光造形の作業が行われる全領域であるワーク全体領域を、複数のワーク小領域に分割し、ワーク小領域ごとに一括露光を行わせて硬化層を形成するタイリング方式により光造形が行われるように、光造形装置１１の各部を制御する。
【００３９】
図２を参照して、タイリング方式による光造形について説明する。
【００４０】
図２Ａには、光造形の作業が行われる全領域であるワーク全体領域が示されており、図２Ｂには、ワーク全体領域の一部であるワーク小領域が示されている。
【００４１】
図２において、ワーク全体領域の縦×横は10cm×10cmであり、ワーク小領域の縦×横は1cm×1cmである。即ち、ワーク全体領域は、縦×横が10個×10個のワーク小領域により分割されている。
【００４２】
図２Ａに示すように、ワーク全体領域の中央付近のハッチングが施されている領域が、立体モデルの断面形状データに応じた露光領域であり、このワーク全体領域の下から２行目であって、左から３列目にあるワーク小領域が拡大されて、図２Ｂに示されている。図２Ｂにおいて、立体モデルの断面形状データに基づく輪郭線が２点差線で示されており、その輪郭線の内側のハッチングが施されている単位領域に光が照射される。
【００４３】
例えば、空間光変調器１７の画素が、縦×横が1000画素×1000画素であるように配置されているとすると、図２Ｂに示すように、ワーク小領域は、空間光変調器１７の画素に応じて、縦×横が1000個×1000個の単位領域（即ち、空間光変調器１７の１画素に対応する領域）に分割される。ワーク小領域の縦×横が1cm×1cmであるので、単位領域の縦×横は10μm×10μmとなる。
【００４４】
このように、タイリング方式による光造形では、空間光変調器１７を介して光が照射される範囲を小さくして、タイル状に配置されている複数のワーク小領域を順次露光することにより、ワーク全体領域を一度に露光する場合よりも単位領域を微細にすることができる。これにより、硬化層を高精度に形成することができ、ひいては、立体モデルの寸法精度を向上させることができる。
【００４５】
ここで、一般的に、紫外線硬化樹脂３１は、光が照射されて硬化する際に、例えば、７％程度の収縮率で収縮する。このように紫外線硬化樹脂３１が硬化収縮することにより、あるワーク小領域が露光されて紫外線硬化樹脂３１の硬化収縮が進行しているとき（完全に硬化する前）に、そのワーク小領域に隣接するワーク小領域が露光されると、先に露光されたワーク小領域の紫外線硬化樹脂３１の硬化収縮が、その隣接するワーク小領域の紫外線硬化樹脂３１に影響を与え、ソリや変形が生じることがあった。
【００４６】
図３を参照して、紫外線硬化樹脂３１が硬化収縮することによる影響について説明する。
【００４７】
図３Ａには、先に露光される第１のワーク小領域が示されており、図３Ｂには、第１のワーク小領域と、第１のワーク小領域の次に露光される第２のワーク小領域とが示されている。
【００４８】
図３において、紫外線硬化樹脂３１の硬化収縮による影響を受ける領域と向きとが破線で示されており、紫外線硬化樹脂３１が硬化収縮して形成された硬化層が実線で示されている。
【００４９】
図３Ａに示すように、第１のワーク小領域が露光されることにより、その周囲の領域が、その中心に向かうように、紫外線硬化樹脂３１が硬化収縮して、硬化層が形成される。
【００５０】
そして、第１の第１のワーク小領域の硬化収縮が進行しているときに、第２のワーク小領域が露光されると、図３Ｂに示されている白抜きの矢印のように、第２のワーク小領域が左方向、即ち、第１のワーク小領域の方向に向かって引っ張られる力を受ける。このように、第２のワーク小領域が、第１のワーク小領域の硬化収縮の力を受けて、微小移動するなどの影響を受けることが、露光領域全体（図２Ａのハッチングが施されている領域）にわたり生じると、１層分の硬化層の全体的に、ソリや変形が生じてしまう。これにより、立体モデルの寸法精度が低下することがある。
【００５１】
そこで、光造形装置１１では、隣接するワーク小領域の紫外線硬化樹脂３１が硬化収縮することによる影響を回避するために、所定のワーク小領域が露光された次に、少なくとも１つ以上離れたワーク小領域が露光されるように、即ち、あるワーク小領域が露光された次に、そのワーク小領域に隣接するワーク小領域が露光されないように、ワーク小領域が露光される露光順番が決定される。
【００５２】
図４を参照して、ワーク小領域の露光順番について説明する。
【００５３】
図４には、縦×横が３×３となるように配置された９つのワーク小領域が示されており、各ワーク小領域には、制御部２１がワーク小領域データを作成する際に、ワーク小領域のそれぞれを識別するための符号Ｔ1乃至Ｔ9が、左下から右上までラスタスキャン順に付加されている。
【００５４】
図４Ａに示すように、制御部２１は、隣り合うワーク小領域が連続して露光されないように、ワーク小領域Ｔ1を露光した次に、１ワーク小領域離れたワーク小領域Ｔ3を露光するように露光順番を決定する。また、制御部２１は、ワーク小領域Ｔ7を露光した次に、１ワーク小領域離れたワーク小領域Ｔ9を露光するように露光順番を決定する。
【００５５】
図４Ａに示すように４つのワーク小領域Ｔ1，Ｔ3，Ｔ7、およびＴ9を露光した後、図４Ｂに示すように、制御部２１は、それらのワーク小領域の間にあるワーク小領域Ｔ5をを露光するように露光順番を決定する。
【００５６】
その後、図４Ｃに示すように、制御部２１は、ワーク小領域Ｔ1およびＴ3の間のワーク小領域Ｔ2、ワーク小領域Ｔ1およびＴ7の間のワーク小領域Ｔ4、ワーク小領域Ｔ3およびＴ9の間のワーク小領域Ｔ6、並びに、ワーク小領域Ｔ7およびＴ9の間のワーク小領域Ｔ8を順次露光するように、露光順番を決定する。
【００５７】
このように、あるワーク小領域が露光された次に、そのワーク小領域に隣接するワーク小領域が露光されないよう露光順番を決定することで、隣接するワーク小領域が硬化収縮する影響を受けることを回避することができ、図３を参照して説明したような、１層分の硬化層の全体的にソリや変形が生じることがない。従って、硬化層を高精度に造形することができ、このような硬化層が積層されて造形される立体モデルを、高精度で造形することができる。
【００５８】
また、制御部２１は、露光順番を決定する際に、あるワーク小領域が露光されてから、そのワーク小領域に隣接するワーク小領域が露光されるまでの時間が、紫外線硬化樹脂３１の硬化に必要な時間以上となるように、露光順番を決定することができる。
【００５９】
このように露光時間を決定することにより、例えば、図４Ｃに示すように、ワーク小領域Ｔ1およびＴ3の間のワーク小領域Ｔ2を露光する際には、ワーク小領域Ｔ1およびＴ3が完全に硬化しているので、ワーク小領域Ｔ2が硬化する際に、ソリや変形が生じないようにすることができる。
【００６０】
また、制御部２１は、ある１層の露光領域のワーク小領域が全て露光され、ステージ３３が１層分だけ降下し、その次の層の露光領域が露光されるとき、先に露光された層の露光領域における露光順番に準じて、次の層の露光領域の露光順番を決定することができる。
【００６１】
例えば、先に露光された層の露光領域における露光順番と無関係な露光順番で次の層が露光されるときには、先に露光された層の露光領域の硬化収縮中のワーク小領域に重なるワーク小領域が露光されることがある。この場合、次の層のワーク小領域が、先に露光された層の露光領域の硬化収縮中のワーク小領域の硬化収縮の影響を受けることがあり、立体モデルのＺ方向にソリや変形が生じることがある。
【００６２】
これに対し、先に露光された層の露光領域における露光順番に準じて、次の層の露光領域の露光順番を決定することで、先に露光された層の露光領域のワーク小領域の中でも、先に露光された層のワーク小領域が硬化する順番が早いので、次の層のワーク小領域が露光されるときには、そのワーク小領域に重なる先に露光された層のワーク小領域は硬化しており、先に露光された層の露光領域の硬化収縮中のワーク小領域の硬化収縮の影響を受けることが回避され、立体モデルにソリや変形が生じることを回避することができる。
【００６３】
このように、露光順番を決定する際に、あるワーク小領域が露光されてから、そのワーク小領域に隣接するワーク小領域が露光されるまでの時間が、紫外線硬化樹脂３１の硬化に必要な時間以上となるように露光順番を決定すること、および、先に露光された層の露光領域における露光順番に準じて、次の層の露光領域の露光順番を決定することにより、立体モデルを、高精度で造形することができる。
【００６４】
次に、図５は、図１の光造形装置１１による光造形を行う処理を説明するフローチャートである。
【００６５】
例えば、光造形装置１１に、ＣＡＤで作成された立体モデルの３次元形状データが入力され、光造形を開始する操作が行われると、ステップＳ１１において、制御部２１は、ＣＡＤで作成された立体モデルの３次元形状データをＳＴＬに変換するプログラムを実行し、立体モデルの３次元形状データをＳＴＬに変換する。
【００６６】
ステップＳ１１の処理後、処理はステップＳ１２に進み、制御部２１は、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し、処理はステップＳ１３に進む。また、立体モデルの断面形状データを作成する際に、例えば、立体モデルの姿勢および向きが決定され、造形中における立体モデルの転倒を防止するための部材を造形するためのデータなどが作成される。
【００６７】
ステップＳ１３において、制御部２１は、処理の対象となっている１層の断面形状データ（例えば、最初は最下層の断面形状データ）を、ワーク小領域に応じて分割し、ワーク小領域データを作成（生成）する。
【００６８】
ステップＳ１３の処理後、処理はステップＳ１４に進み、制御部２１は、図４を参照して説明したように、少なくとも１つ以上離れたワーク小領域が次に露光が行われる対象となるようにワーク小領域の露光順番を決定し、処理はステップＳ１５に進む。
【００６９】
ステップＳ１５において、制御部２１は、照射領域となる単位領域に光を照射させるように空間光変調器１７の各画素を駆動させる駆動信号を、空間光変調器１７に供給し、空間光変調器１７は、光源１２から放射された光が、照射領域となる単位領域に対応する画素を通過するように、各画素を駆動する。そして、制御部２１は、所定の露光時間だけシャッタ１３を開放して、紫外線硬化樹脂３１の表面の照射領域を露光させる。
【００７０】
ステップＳ１５の処理後、処理はステップＳ１６に進み、制御部２１は、ステップＳ１３で作成された１層分の全てのワーク小領域データに基づいた露光が行われたか否かを判定する。
【００７１】
ステップＳ１６において、制御部２１が、１層分の全てのワーク小領域データに基づいた露光が行われていないと判定した場合、処理はステップＳ１７に進み、制御部２１は、ステップＳ１４で決定した露光順番に従い、駆動部３４を制御して、直前のステップＳ１５で露光が行われたワーク小領域の次のワーク小領域に対して露光が行われるように、ステージ３３を移動させる。
【００７２】
ステップＳ１７の処理後、処理はステップＳ１５に戻り、ステップＳ１４で決定した露光順番に従って、直前のステップＳ１５で露光が行われたワーク小領域の次のワーク小領域を処理の対象とし、以下、同様の処理が繰り返される。
【００７３】
一方、ステップＳ１６において、制御部２１が、１層分の全てのワーク小領域データに基づいた露光が行われたと判定した場合、処理はステップＳ１８に進み、制御部２１は、ステップＳ１２で作成された全ての断面形状データに基づいた露光が行われたか否かを判定する。
【００７４】
ステップＳ１８において、制御部２１が、全ての断面形状データに基づいた露光が行われていないと判定した場合、処理はステップＳ１３に戻り、直前のステップＳ１３乃至Ｓ１５で露光が行われた層の次の層の断面形状データを処理の対象として、以下、同様の処理が繰り返される。
【００７５】
一方、ステップＳ１８において、制御部２１が、全ての断面形状データに基づいた露光が行われたと判定した場合、立体モデルが完成しており、処理は終了する。
【００７６】
以上のように、光造形装置１１は、少なくとも１つ以上離れたワーク小領域が次に露光が行われる対象となるようにワーク小領域の露光順番を決定することで、硬化層を高精度に造形することができ、ひいては、立体モデルを高精度で造形することができる。
【００７７】
このような光造形装置１１を用いて、マイクロチップや、コネクタ、マイクロカプセルなど、または、各種の微細な部品の試作品を造形することができる。
【００７８】
なお、空間光変調器１７としては、透過型の液晶パネルの他、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を複数配列してなるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device）や、反射型液晶素子（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon）等を用いてもよい。デジタルマイクロミラーデバイスを用いる場合、各マイクロミラーが１単位領域に対応し、偏光板１４を設ける必要はない。
【００７９】
また、本実施の形態においては、駆動部３４がステージ３３をＸ−Ｙ方向に移動させることにより、ステージ３３上に形成された硬化層が移動され、タイル状に配置されている複数のワーク小領域が順次露光されるが、ステージ３３を移動させるのではなく、紫外線硬化樹脂３１の表面に向かって垂直に光を照射する光学系、即ち、光源１２、シャッタ１３、偏光板１４、ビームインテグレータ１５、ミラー１６、空間光変調器１７、集光レンズ１８、および対物レンズ１９からなる光学系（一括露光手段）をＸ−Ｙ方向に移動させて、タイル状に配置されている複数のワーク小領域が順次露光されるようにしてもよい。
【００８０】
また、図４では、１ワーク小領域だけ離れたワーク小領域が、次に露光されるワーク小領域とされているが、１ワーク小領域以上離れた、例えば、２または３以上離れたワーク小領域を、次に露光されるワーク小領域として露光順番を決定してもよい。また、露光順番は、ラスタスキャン順以外の順番、例えば、時計回りの順番などでもよい。
【００８１】
さらに、紫外線硬化樹脂３１の表面の照射領域を、空間光変調器１７を介して一括して露光するとともに、照射領域の輪郭線に沿って、光ビームをスキャンするビームスキャン露光を行ってもよい。一括露光とビームスキャン露光とを組み合わせることにより、立体モデルを、より高精度に造形することができる。
【００８２】
なお、ワーク小領域は、正方形に限定されるものでなく、Ｘ方向の寸法と、Ｙ方向の寸法とが異なってもよいことは言うまでもない。
【００８３】
また、本発明は、空間光変調器１７により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂３１の上方から照射する手法である自由液面法により光造形を行う光造形装置１１の他、例えば、空間光変調器１７により空間変調された光を、紫外線硬化樹脂３１と収容容器３２との界面に照射する手法である規制液面法により光造形を行う光造形装置に適用することができる。
【００８４】
例えば、収容容器３２の底面をガラスなどの光を透過する材料で構成し、そのガラスと紫外線硬化樹脂３１と界面に、空間光変調器１７により空間変調された光が、紫外線硬化樹脂３１の下方から照射される。即ち、立体モデルの断面形状データに応じた光が照射される紫外線硬化樹脂３１の表面は、ガラスと紫外線硬化樹脂３１と界面を含むものである。
【００８５】
規制液面法では、収容容器３２とステージ３３との距離が１層分の硬化層の厚みとなるようにステージ３３を配置し、収容容器３２の底面のガラスを介して紫外線硬化樹脂３１に照射される光により、立体モデルの硬化層が１層形成されるのに応じて、１ステップずつ１層分の硬化層の厚みとなるように垂直方向上方にステージ３３を駆動させる処理を繰り返すことにより、立体モデルが形成される。
【００８６】
このように、光が照射される紫外線硬化樹脂３１の表面（界面）を、ガラスにより規制することにより、硬化層の１層分の厚みが正確に造形されるので、積層精度を向上させることができ、これにより、立体モデルを高精度に形成することができる。
【００８７】
また、上述した制御部２１が行う一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
【００８８】
図６は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【００８９】
コンピュータにおいて、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。
【００９０】
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る通信部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。
【００９１】
以上のように構成されるコンピュータでは、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及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【００９２】
コンピュータ（CPU１０１）が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア１１１に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インタネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。
【００９３】
そして、プログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【００９４】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。また、プログラムは、１つのCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
【００９５】
なお、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】
【００９６】
【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ブロック図である。
【図２】タイリング方式による光造形について説明する図である。
【図３】紫外線硬化樹脂３１が硬化収縮することによる影響を説明する図である。
【図４】ワーク小領域の露光順番について説明する図である。
【図５】光造形装置１１による光造形を行う処理を説明するフローチャートである。
【図６】コンピュータの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９７】
１１  光造形装置，  １２  光源，  １３  シャッタ，  １４  偏光板，  １５  ビームインテグレータ，  １６  ミラー，  １７  空間光変調器，  １８  集光レンズ，  １９  対物レンズ，  ２０  ワーク部，  ２１  制御部，  ３１  紫外線硬化樹脂，  ３２  収容容器，  ３３  ステージ，  ３４  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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