(57)【要約】  発光ダイオードが光源として使用される、立体リソグラフィ装置、および立体リソグラフィ装置用の露光システム。本発明は、発光ダイオードからの光を整合すること、および発光ダイオードを交換および制御することに関する。
2012506063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体リソグラフィ装置用の露光システム（ＥＳ）であって、
２００〜１０００００ｎｍの間の波長の光を放出する少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）と、
複数の個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を備える、少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）と、
少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）を具備し、
前記入力光学系（ＩＯ）および出力光学系（ＯＯ）は、前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を介して、照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）は、前記制御ユニット（ＣＵ）からの制御信号に従って前記入力光学系（ＩＯ）からの光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）は、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明スポット（ＩＳＰ）に集束させることを可能にし、
前記露光システム（ＥＳ）は、前記発光ダイオード（ＬＤ）の光軸（ＯＡＬＤ）に対して４５度を超える角度で前記発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記光軸（ＯＡＬＤ）に対して平行な方向にそのような光を向けるように、整合させることができる、露光システム。
【請求項２】
前記露光システムが、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸に対する前記整合された光の角度が１．５度以下となるように、前記光の方向を変えるように、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸に対して４５度を超える角度で、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光の一部の方向を整合する手段を含む、請求項１に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項３】
前記露光システム（ＥＳ）が、前記光が前記入力光学系（ＩＯ）に導入される前に、前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光を整合する手段を含む、請求項１または２に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光を整合する前記手段が、少なくとも１つの反射器（ＲＥ）を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光を整合させる前記手段が、少なくとも１つの光学レンズ（ＯＰ）を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光を整合させる前記手段が、少なくとも１つの保護シールド（Ｐ）を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項７】
１つの空間光変調器（ＳＬＭ）から発生する、それぞれの照明スポット（ＩＳＰ）に集束される光のエネルギーの総量と、前記空間光変調器（ＳＬＭ）に対応する前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光のエネルギーの総量との比が、少なくとも０．１である、請求項１〜６のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の装置を使用することによって、感光材料から３次元対象物を製造する方法。
【請求項９】
前記露光システム（ＥＳ）が、前記感光材料（ＬＳＭ）の全体にわたって走査される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
立体リソグラフィ装置（ＳＡ）用の露光システム（ＥＳ）であって、
２００〜１０００００ｎｍの間の波長の光を放出する少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）と、
複数の個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を備える、少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）と、
少なくとも１つの測定ユニット（ＭＵ）と、
少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）とを含み、
前記入力光学系（ＩＯ）および出力光学系（ＯＯ）は、前記発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器群を介して、照明領域（ＩＡ）に伝送するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）は、前記制御ユニット（ＣＵ）からの制御信号に従って，前記入力光学系（ＩＯ）からの光のパターンの確立を可能とし、
前記出力光学系（ＯＯ）は、前記少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）に集束させることを可能にし、
前記測定ユニット（ＭＵ）は、それぞれの個別空間光変調器（ＳＬＭ）によって伝送される光の強度を測定することを可能にし、
前記制御ユニット（ＣＵ）は、前記測定値に基づいて、各発光ダイオード（ＬＤ）によって放出される光の強度を調整することを可能にする、露光システム。
【請求項１１】
前記測定値は、前記少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）の各個体に関連する、光の強度の代表値であり、
前記制御ユニット（ＣＵ）は、前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体からの光の強度を調整することを可能にする、請求項１０に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１２】
前記露光システム（ＥＳ）は、立体リソグラフィ装置（ＳＡ）の一部であり、該立体リソグラフィ装置（ＳＡ）は、３次元対象物がそれから調製される感光材料（ＬＳＭ）の表面を平らにするための塗り重ね装置（ＲＥＣ）を具備する、請求項１０または１１に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１３】
前記測定ユニット（ＭＵ）は、少なくとも１つの光感度センサを含み、該光感度センサの出力は、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度の代表値を表わす、請求項１０〜１２のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの光感度センサが、２００ｎｍから１００００ｎｍの範囲内の光に応答性を有する、請求項１０〜１３のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの光感度センサは、装置内で、光が前記空間光変調器（ＳＬＭ）によってパターン化される前に前記光の強度を測定することを可能にする位置に置かれる、請求項１０〜１４のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの光感度センサは、装置内で、光が前記空間光変調器（ＳＬＭ）によってパターン化された後に前記光の強度を測定することを可能にする位置に置かれる、請求項１０〜１５のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１７】
前記制御ユニット（ＣＵ）が、１つまたは複数の前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度を制御することを可能にする、請求項１０〜１６のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１８】
前記制御ユニット（ＣＵ）が、１つまたは複数の前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つのダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度が均一になるように、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度を制御することを可能にする、請求項１０〜１７のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１９】
前記制御ユニット（ＣＵ）が、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）に印加される電圧または電流を制御することによって、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光の強度を制御する手段を備える、請求項１０〜１８のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項２０】
前記光感度センサが、前記塗り重ね装置（ＲＥＣ）上に搭載されている、請求項１０〜１９のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項２１】
請求項１０〜２０のいずれかに記載の装置を使用することによって感光材料から３次元対象物を製造する方法。
【請求項２２】
露光システム（ＥＳ）が、照明領域によって定義される面の全体にわたって走査をしていない状態にあるときに、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される、光の強度が測定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体からの代表値の測定が、１回の走査動作において行われる、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記露光システム（ＥＳ）が、前記感光材料（ＬＳＭ）の全体にわたって走査される、請求項２１〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
露光システム（ＥＳ）を備える立体リソグラフィ装置（ＳＡ）であって、前記露光システムは、
少なくとも１つのソケット（ＳＯ）および少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）を備える、少なくとも１つのプリント回路板（ＰＣＢ）と、
複数の個別に制御可能な光変調器群を備える、少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）と、
少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）と、
発光ダイオードの光軸（ＯＡＬＤ）が前記入力光学系の光軸（ＯＡＯＰ）と整合されるように、前記プリント回路板（ＰＣＢ）を解除可能にロックしている、少なくとも１つの光源ベッド（ＬＳＢ）とを含み、
前記入力光学系（ＩＯ）および出力光学系（ＯＯ）は、前記発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を介して照明領域（ＩＡ）に伝送するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）は、前記制御ユニット（ＣＵ）からの制御信号に従って、前記入力光学系（ＩＯ）からの光のパターンの確立を可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）は、前記空間光変調器（ＳＬＭ）から照明領域（ＩＡ）上への前記光のパターンを集束させることを可能にする、立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項２６】
前記プリント回路板（ＰＣＢ）が、解除可能なロック機構（ＲＬＭ）によって前記光源ベッド（ＬＳＢ）に解除可能にロックされており、
前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）の光軸（ＯＡＬＤ）が前記入力光学系（ＩＯ）の光軸（ＯＡＯＰ）と一致するように、前記プリント回路板（ＰＣＢ）が、前記解除可能なロック機構（ＲＬＭ）によって解除可能にロックされている、請求項２５に記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項２７】
前記露光システム（ＥＳ）が、２つ以上の光源ベッド（ＬＳＢ）を含む、請求項２５または２６に記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項２８】
前記立体リソグラフィ装置（ＳＡ）が、装置の動作における障害または異常を知らせるための警報を含む、請求項２５〜２７のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのプリント回路板（ＰＣＢ）が、前記入力光学系（ＩＯ）の少なくとも一部を含む、請求項２５〜２８のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのプリント回路板（ＰＣＢ）が、少なくとも１つの冷却表面（ＣＳ）を含む冷却手段（ＣＭ）を含む、請求項２５〜２９のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのプリント回路板（ＰＣＢ）が、例えば、電力供給および／または制御信号のための、少なくとも１組の直流電流接続を含む、請求項２５〜３０のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３２】
前記解除可能なロック機構（ＲＬＭ）が、前記光源ベッド（ＬＳＢ）に移動可能に接続されている、請求項２５〜３１のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３３】
発光ダイオードの光軸（ＯＡＬＤ）および入力光学系の光軸（ＯＡＯＰ）の整合の誤差が２０μｍ未満である、請求項２５〜３２のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３４】
前記光源ベッド（ＬＳＢ）、前記露光システム（ＥＳ）または前記プリント回路板（ＰＣＢ）が、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸（ＯＡＬＤ）の位置、または前記入力光学系の光軸（ＯＡＯＰ）の位置の調節のための調節機構を含む、請求項２５〜３３のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３５】
請求項２５〜３４のいずれかに記載の装置の使用によって感光材料から３次元対象物を製造する方法。
【請求項３６】
前記露光システム（ＥＳ）が、前記感光材料（ＬＳＭ）全体にわって走査される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
発光ダイオード（ＬＤ）の数が、空間光変調器（ＳＬＭ）の数以下である、請求項１〜７、または１０〜２０のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３８】
発光ダイオード（ＬＤ）の数が、空間光変調器（ＳＬＭ）の数に等しい、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項３９】
前記入力光学系（ＩＯ）が、マイクロレンズ（ＭＬ）の少なくとも１つの配列を含む、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７、または３８のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７、または３８のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項４０】
前記入力光学系（ＩＯ）が、少なくとも１つの視準レンズを含む、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７〜３９のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７〜３９のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項４１】
前記入力光学系（ＩＯ）が、発光ダイオード（ＬＤ）からの光を、複数の異なるビームに分割することを可能にする、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７〜４０のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７〜４０のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項４２】
前記出力光学系（ＯＯ）が、マイクロレンズ（ＭＬ）の少なくとも１つの配列を含む、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７〜４１のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７〜４１のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項４３】
前記装置が、前記発光ダイオード（ＬＤ）の１つまたは複数から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）中に誘導する光誘導手段を具備し、前記光誘導手段が光ファイバの形態である、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７〜４２のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７〜４２のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項４４】
前記露光システム（ＥＳ）が立体リソグラフィ装置（ＳＡ）の一部であり、前記立体リソグラフィ装置（ＳＡ）が槽（Ｖ）を具備する、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７〜４３のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７〜４３のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項４５】
前記制御ユニット（ＣＵ）が、前記露光システム（ＥＳ）を制御することを可能にする、請求項１〜７、または１０〜２０、または３７〜４４のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項２５〜３４、または３７〜４４のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項４６】
請求項１〜７、１０〜２０、２５〜３４、または３７〜４５のいずれかに記載の装置における、感光材料（ＬＳＭ）の使用。
【請求項４７】
請求項１〜７、１０〜２０、２５〜３４、または３７〜４５のいずれかに記載の装置において、感光材料（ＬＳＭ）を硬化させる方法。
【請求項４９】
請求項８または９、２１〜２４、あるいは３５〜３６のいずれかに記載の方法によって製作される、３次元対象物。
【請求項５０】
請求項１〜７、１０〜２０、２５〜３４、または３７〜４５のいずれかに記載の装置を使用することによって製作される、３次元対象物。
【請求項５１】
請求項４９および５０に記載の、３次元対象物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面の付加処理による３次元対象物の製造のための迅速プロトタイプ作成装置に関する改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体リソグラフィに使用される装置が、近年、開発されている。それらの装置は、現在では、ＵＶ光電球と発光ダイオードの両方を光源として備えている。発光ダイオードを光源として実装すると、異なる問題を生じることになり、この問題を本出願では取り扱う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、立体リソグラフィ装置用の露光システムであって、２００〜１００００ｎｍの間の波長の光を放出する少なくとも１つの発光ダイオードと、複数の個別に制御可能な光変調器群を備える、少なくとも１つの空間光変調器と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された入力光学系と、前記少なくとも１つの空間光変調器に光学的に結合された出力光学系と、少なくとも１つの制御ユニットとを具備し、前記入力光学系および出力光学系は、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出された光を、前記空間光変調器の前記個別に制御可能な光変調器群を介して、照明領域に伝達するのを容易にし、前記空間光変調器は、前記制御ユニットからの制御信号に従って前記入力光学系からの光のパターンを確立することを可能とし、前記出力光学系は、前記少なくとも１つの空間光変調器からの前記光のパターンを照明スポットに集束させることを可能にし、前記露光システムは、前記発光ダイオードの光軸に対して４５度を超える角度で前記発光ダイオードから放出された光を、前記光軸に対して平行な方向にそのような光を向けるように、整合させることができる露光システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の発光ダイオードは、深紫外線から遠赤外線まで、例えば２００ｎｍ〜１０００００ｎｍまでの範囲における放射線を放出することができる。したがって、「光」という用語は、深紫外線から遠赤外線まで、例えば２００ｎｍ〜１０００００ｎｍまでの範囲における放射線に当てはまる。３次元固体対象物を製造するための、材料の粉末焼結のような応用は、最高１０００００ｎｍまでの波長を有する赤外エネルギー範囲において実施するのが好ましい。硬化性液体樹脂の立体リソグラフィ浴を使用する応用は、２００ｎｍから最高５００ｎｍまでの波長を有する紫外エネルギー範囲において実施するのが好ましい。
【０００５】
本発明の有利な一態様によれば、空間光変調器の光変調器群は、発光ダイオードからの光を感光材料上にパターン化する。感光材料は、空間光変調器内の光変調器群の位置を反映するパターンに硬化する。発光ダイオードから、感光材料の方向に向けられる光が多くなるほど、立体リソグラフィ装置を制御するときに利用可能な制御選択肢が多くなる。そのような制御選択肢としては、例えば、感光材料全体にわたっての露光システムの走査速度があり、例えば、発光ダイオードからの光の強度を低減させる、エネルギー消費制御は、エネルギーの消費を低減することになるなどである。
【０００６】
本発明のさらに有利な一態様によれば、露光システムは、空間光変調器のモジュールを備え、各モジュールは、２つ以上の空間光変調器を含む。さらに、入力光学系を、モジュールで製作してもよく、これによって１つの入力光学モジュールが、空間光変調器の１つのモジュールに対応する。さらに、出力光学系をモジュールで製作してもよく、これによって出力光学モジュールが、空間光変調器の１つのモジュールに対応する。露光システムの要素のモジュール構造は、露光システムの寸法に対する特定のユーザ定義要求を満足するように、露光システムを容易に修正することを助ける。
【０００７】
本発明のさらに有利な一態様によれば、２つ以上の空間光変調器は、露光システムの幅を増大させるのに使用され、それによって、照明することのできる領域を増大させて、これによって、より大きな対象物またはより多数の小さい対象物を同時に構築することが可能となる。
【０００８】
本発明のさらに有利な一態様によれば、２つ以上の発光ダイオードが、露光システムからの放出光の強度を増大させるのに使用される。光の強度の増大によって、感光材料を横断する露光システムの走査速度を増大させることができる。
【０００９】
本発明のさらに有利な一態様によれば、発光ダイオードからの光をパターン化するのに使用することのできる空間光変調器は、マイクロ光スイッチ、液晶ディスプレイ、ディジタルマイクロミラー装置などと同等である。
【００１０】
本発明のさらに有利な一態様によれば、発光ダイオードは、レーザーダイオード、紫外線発光ダイオード、などと同等としてもよい。さらに、発光ダイオードに匹敵する、将来的に開発される任意のダイオードまたは光源を使用してもよい。
【００１１】
本発明のさらに有利な一態様によれば、光は、任意の電磁波として理解される。
本発明の一実施形態において、 前記露光システムは、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸に対する前記整合された光の角度が１．５度以下となるように、前記光の方向を変えるように、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸に対して４５度を超える角度で、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光の一部の方向を整合する手段を含む。
【００１２】
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードから放出された光の整合の結果は、視準光学系とマイクロレンズの間の入力光学系において測定される。
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードから放出された光を、発光ダイオードの光軸に対する角度が、発光ダイオードから放出されるときよりも小さくなる方向に、誘導、反射または整合することができることは、非常に有利である。このことは、例えば入力光学系におけるさらなる光の取り扱いを容易にすることができる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記露光システムは、前記光が入力光学系中に導入される前に、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光を整合させる手段を含む。
【００１４】
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードから放出された光が、その光が少なくとも部分的に同一の方向に放出されるように、方向が整合される。このことは、発光ダイオードから放出される光の多くが、発光材料に向けられ、露光システムが、感光材料全体にわたってより速く走査することができるので、本発明の一実施形態によれば重要である。
【００１５】
本発明の一実施形態において、少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光を整合させる手段は、少なくとも１つの反射器を含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードは、発光ダイオードから放出される光を最適化するための外部反射器と共に使用してもよい。反射器を使用するときには、放出光のより多くを、入力光学系の方向に向けさせることができ、そのために同一の発光ダイオードから、より大きな光の強度を、入力光学系に加えることができる。
【００１６】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、発光ダイオードには、内部的に位置する反射器を設けてもよい。外部反射器の場合について、内部反射器を備える発光ダイオードは、入力光学系の方向、したがって感光材料の表面上の照明スポットの方向に向けられた、放出光の一部を増大させることができる。
【００１７】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、発光ダイオードの効率を増大させ、これによって感光材料全体にわたる露光システムの走査速度の上限を増大させるために、発光ダイオードに関係する反射器が使用される。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出された光を整合させる前記手段は、少なくとも１つの光学レンズを含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードからの光は、照明源に含まれる、少なくとも１つの光学レンズを用いて、少なくとも部分的に方向を整合させてもよい。それによって、この光は、少なくとも部分的に整合され、それによって入力光学系に対する要件を低減することができる。さらに、照明源内の光学系は、視準光学系の一部としてもよい。
【００１９】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、照明源に含まれる光学系は、発光ダイオードの一部として、または発光ダイオードがその上に搭載されるプリント回路板の一部として搭載するか、または注型してもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光を整合させる手段は、少なくとも１つの保護シールドを含む。 
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードは、発光中心、この発光中心の保護体、反射器などを含む。発光中心の保護体は、放出光の方向を少なくとも部分的に変えることを容易にするように成形してもよい。光の方向の変化は、光の整合の一部としてもよく、したがって、視準光学系に対する要件が、光方向保護体を備えない発光ダイオードからの光を取り扱うのと、同じでなくてもよい。
【００２１】
本発明の一実施形態において、１つの空間光変調器から発生する、それぞれの照明スポットに集束される光のエネルギーの総量と、前記空間光変調器に対応する前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光のエネルギーの総量との比は、少なくとも０．１である。
【００２２】
利用効率が高くなるほど、露光システムが必要とするエネルギーは少なくなり、したがって、立体リソグラフィ装置全体に対するエネルギー消費は最少化される。
さらに、本発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の装置を使用することによって、感光材料から３次元対象物を製造する方法に関する。
【００２３】
本発明の一実施形態において、前記露光システムは、前記感光材料の全体にわたって走査される。
本発明の有利な一実施形態によれば、露光システムは感光材料全体にわって走査される。露光システムが感光材料全体にわって走査されるとき、空間変調器は、光をパターン化して、感光材料上の１つまたは複数の照明スポットを硬化させる。露光システムは、構築しようとする対象物の一層毎に少なくとも１回、感光材料全体にわたって、少なくとも部分的に走査される。
【００２４】
さらに、本発明は、立体リソグラフィ装置用の露光システムであって、２００〜１０００００ｎｍの間の波長の光を放出する少なくとも２つの発光ダイオードと、複数の個別に制御可能な光変調器群を備える、少なくとも２つの空間光変調器と、前記少なくとも２つの空間光変調器に光学的に結合された入力光学系と、前記少なくとも２つの空間光変調器に光学的に結合された出力光学系と、少なくとも１つの測定ユニットと、少なくとも１つの制御ユニットとを含み、前記入力光学系および出力光学系は、前記発光ダイオードから放出された光を、前記空間光変調器の前記個別に制御可能な光変調器群を介して、照明領域に伝送するのを容易にし、前記空間光変調器は、前記制御ユニットからの制御信号に従って，前記入力光学系からの光のパターンの確立を可能とし、前記出力光学系は、前記少なくとも２つの空間光変調器からの前記光のパターンを照明領域に集束させることを可能にし、前記測定ユニットは、それぞれの個別空間光変調器によって伝送される光の強度を測定することを可能にし、前記制御ユニットは、前記測定値に基づいて、各発光ダイオードによって放出される光の強度を調整することを可能にする、露光システムに関する。
【００２５】
本発明の有利な一態様によれば、１つまたは複数の発光ダイオードをオフにすることができる。例えば、対象物の一層が、全発光ダイオードからの光を必要としない場合には、発光ダイオードは単にオフにされる。同様にして、感光材料の新規の層が、３次元対象物に加えられるときに、全発光ダイオードがオフにされて、これによって感光材料に対する迷光の影響が減少する。
【００２６】
本発明の有利な一態様によれば、発光ダイオードから生成される熱を低減するのに、発光ダイオードをオフにすることができるのは、非常に有利である。露光システム内の電気的構成要素の損傷を回避するために、露光システムにおいて生成される熱は除去されることになっている。
【００２７】
本発明の有利な一態様によれば、熱のために露光システムの（例えば、空間変調器内、発光ダイオードが締結されるフレーム内、などの）構造が変化するのをできる限り回避できるように、熱の生成を低減することは非常に有利である。露光システム内の公差は非常に小さく、したがってわずかの変化も露光システムの精度に影響を与える可能性がある。
【００２８】
本発明のさらに有利な一態様によれば、２つ以上の空間光変調器が、例えば露光システムの幅を増大させ、それによって照明することの可能な領域を増大させるために使用され、これによって、より大きな対象物を構築するか、またはより多数の小さい対象物を同時に構築することが可能である。
【００２９】
本発明のさらに有利な一態様によれば、２つ以上の発光ダイオードが、露光システムからの放射光の強度を増大させるのに使用される。光の強度が増大すると、例えば、感光材料全体にわっての露光システムの走査速度を増大させることができる。
【００３０】
本発明のさらに有利な一態様によれば、発光ダイオードからの光をパターン化するのに使用される空間光変調器は、マイクロ光スイッチ、液晶ディスプレイ、ディジタルマイクロミラー装置などと同等にしてもよい。
【００３１】
本発明のさらに有利な一態様によれば、発光ダイオードは、レーザーダイオード、紫外線発光ダイオードなどと同等なものである。
さらに、発光ダイオードに匹敵する、将来的に開発される任意のダイオードまたは光源を使用してもよい。
【００３２】
本発明のさらに有利な一態様によれば、光は、任意の種類の電磁波として理解される。
本発明の一実施形態において、前記測定値は、前記少なくとも２つの空間光変調器の各個体に関連する、光の強度の代表値であり、前記制御ユニットは、前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つの発光ダイオードの各固体からの光の強度を調整することを可能にする。
【００３３】
本発明の有利な一実施形態によれば、１つまたは複数の測定ユニットは、発光ダイオードから放出される光からの１つまたは複数の代表値を測定する。そのような代表値は、例えば、光強度、発光ダイオードから放出される光の均一度、放出光の温度などとすることができる。
【００３４】
本発明のさらなる一実施形態によれば、発光ダイオードの放出領域の温度は、発光ダイオードを調整するための基礎として使用することもできる。
本発明の有利な一実施形態によれば、１つまたは複数の測定ユニットは、露光システムの光変調器群からの光の代表値を測定するのに使用される。２つ以上の測定ユニット使用すると、測定工程の速度を増大させ、したがって対象物を構築するための合計時間が増大し、このことは非常に有利である。
【００３５】
本発明の一実施形態において、前記露光システムは、立体リソグラフィ装置の一部であり、該立体リソグラフィ装置は、３次元対象物がそれから調製される感光材料の表面を平らにするための塗り重ね装置を具備する。
【００３６】
本発明の一実施形態において、前記測定ユニットは、少なくとも１つの光感度センサを含み、該光感度センサの出力は、前記少なくとも２つの発光ダイオードの各固体から放出される光の強度の代表値を表わす。
【００３７】
本発明の有利な一実施形態によれば、１つの光感度センサで、個々の発光ダイオードのすべてからの光を測定するのに十分である場合がある。２つ以上の光感度センサが使用される場合には、個々の発光ダイオードからの光を測定するのに要する時間は減少する。
【００３８】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つの光感度センサは、２００ｎｍから１０００００ｎｍの範囲内の光に応答性を有する。 
本発明の有利な一実施形態によれば、前記代表値は、光に反応するように適合された任意のセンサを用いて測定してもよい。これは、特別に構築されたセンサが不要であり、このことによりコストが低下するので有利である。
【００３９】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つの光感度センサは、装置内で、光が前記空間光変調器によってパターン化される前に前記光の強度を測定することを可能にする位置に置かれる。
【００４０】
本発明の有利な一実施形態によれば、測定ユニットは、光が空間光変調器によってパターン化される前に、光の代表値を測定する。このことは、発光ダイオードからの光のリアルタイム測定を可能にする動的測定を少なくとも部分的に助長することができる。そのような測定は、例えば、光が空間光変調器内に導入される前にビーム分割器を挿入することによって助長することもできる。
【００４１】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つの光感度センサは、装置内で、光が前記空間光変調器によってパターン化された後に前記光の強度を測定することを可能にする位置に置かれる。
【００４２】
本発明の有利な一実施形態によれば、測定ユニットは、空間光変調器によって光がパターン化されるときに、光の代表値を測定する。これは、パターン化された光の代表値の測定が、その光を使用しようとする場所において行われるので有利である。したがって、光がパターン化されるときに代表値を測定することによって、さらなる損失のリスク、およびそれによって多かれ少なかれ不正確な測定を最少化するか、または完全に無くすことができる。
【００４３】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、露光システムが１つまたは複数の測定ユニットに対して単に走査されるので、代表値（複数を含む）の測定を非常に容易に実現することができる。代替的に、露光システムのすべての空間光変調器によって、１つまたは複数の測定ユニットを通過させるか、または測定装置全体にわたって露光システムを走査させることと、空間光変調器によって測定ユニットを通過させることの組合せによって代表値を測定することも可能である。
【００４４】
本発明の一実施形態において、前記制御ユニットは、１つまたは複数の前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つの発光ダイオードの各固体から放出される光の強度を制御することを可能にする。
【００４５】
本発明の有利な一実施形態によれば、測定された代表値は、発光ダイオードの制御において制御ユニットによって使用される。対象物の特定の層を硬化させるのに使用される、全空間光変調器からのパターン化された光の強度を均一にすること、または少なくとも均一に近くすることが非常に重要である。したがって、空間光変調器Ａの下方で測定された代表値が、空間光変調器Ｂの下方で測定された代表値よりも小さいときには、空間光変調器ＡおよびＢの下方での代表値が均一になるように、空間光変調器ＡおよびＢに関係する発光ダイオードが制御ユニットを用いて調整される。
【００４６】
本発明の一実施形態において、前記制御ユニットは、１つまたは複数の前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つのダイオードの各固体から放出される光の強度が均一になるように、前記少なくとも２つの発光ダイオードの各固体から放出される光の強度を制御することを可能にする。
【００４７】
本発明の有利な一実施形態によれば、感光材料上の照明スポット上のパターン化された光の強度を均一にすることが重要である。このことは、空間光変調器からのパターン化された光の各ビームが同一の強度で照明スポットを照明するように全発光ダイオードを調整することによって、少なくとも部分的に助長することができる。さらに、これによって、露光システムが感光材料全体にわって走査される走査速度を増大させることができる。これは、露光システムが、低い強度の照明スポットによって感光材料が硬化するのを「待つ」必要がないからである。
【００４８】
本発明の一実施形態において、前記制御ユニットは、前記少なくとも２つの発光ダイオードに印加される電圧または電流を制御することによって、前記少なくとも２つの発光ダイオードから放出される光の強度を制御する手段を含む。
【００４９】
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードからの光の調整は、発光ダイオードによって消費される電力と密接に関係する場合がある。したがって、発光ダイオードが消費する電力のレベルを制御することによって、発光ダイオードから放出される光の制御が行われる。
【００５０】
本発明の一実施形態において、前記光感度センサは、前記塗り重ね装置（ＲＥＣ）上に搭載されている。
本発明の有利な一実施形態によれば、塗り重ね装置の走査方向は、露光システムの走査方向に直角である。したがって、塗り重ね装置が感光材料の全体にわたって走査されるときに、塗り重ね装置はまた、個々の発光ダイオードのすべてを通過するので、測定ユニットまたは光感度センサを塗り重ね装置上に搭載するのは時間的に非常に効率的である。
【００５１】
さらに、本発明は、請求項１０〜２０のいずれかに記載の装置を使用することによって感光材料から３次元対象物を製造する方法に関する。
本発明の一実施形態においては、露光システムが、照明領域によって定義される面全体にわたって走査をしていない状態にあるときに、前記少なくとも２つの発光ダイオードの各固体から放出される光の強度が測定される。
【００５２】
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードからの光の強度の測定および制御は、露光システムが感光材料の全体にわたって走査をしていないときに行われる。例えば、新規の層が感光材料で上塗りされるときに、少なくとも代表値を測定すること、または発生ダイオードを調整することのいずれかを実施するのが有利である場合がある。
【００５３】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、発光ダイオードからの光の強度の測定および制御、またはその較正は、硬化された対象物を運ぶ槽（バット）または構築プレートを交換しようとするときに行われる。さらに、発光ダイオードの較正または調整を新規の対象物の構築を開始する前に行うのが有利な場合がある。
【００５４】
本発明の有利な一実施形態によれば、露光システムは、使用されないときには構築プレートまたは槽の片側に停止される。これは、塗り重ね装置が感光材料の新規の層を上塗りする、構築プレートまたは槽が変更される、その他の状況であり得る。露光システムが停止されているときには、発光ダイオードからの光を測定するのが有利なことがあり、これは、特に槽または構築プレートが変更されるときに、そのときの測定による迷光効果が、感光材料に与える影響が最小となるためである。
【００５５】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、測定による迷光は、例えば分離プレート、防護材（ｇｕａｒｄｓ）などを用いて低減することができる。
本発明の一実施形態においては、前記少なくとも２つの発光ダイオードの各固体からの代表値の測定は、１回の走査動作において行われる。
【００５６】
有利な一実施形態によれば、露光システムが一回の走査動作において測定ユニットの全体にわたって走査できるように、測定ユニットは置かれる。このことは、発光ダイオードからの光を測定し、制御するのに使われる時間が減少し、したがって３次元対象物の構築により多くの時間が残されるために有利である。
【００５７】
本発明の一実施形態においては、前記露光システムは、前記感光材料の全体にわたって走査される。
本発明の有利な一実施形態によれば、露光システムは、感光材料の全体にわたって走査される。空間光変調器は、露光システムが感光材料全体にわって走査されるときに、感光材料上の１つまたは複数の照明スポットで、硬化するように光をパターン化する。露光システムは、構築しようとする対象物の層毎に少なくとも１回、感光材料全体にわたって少なくとも部分的に走査される。
【００５８】
さらに、本発明は露光システムを備える立体リソグラフィ装置であって、前記露光システムは、少なくとも１つのソケットおよび少なくとも１つの発光ダイオードを備える、少なくとも１つのプリント回路板と、複数の個別に制御可能な光変調器群を備える、少なくとも２つの空間光変調器と、前記空間光変調器に光学的に結合された入力光学系と、前記空間光変調器に光学的に結合された出力光学系と、少なくとも１つの制御ユニットと、発光ダイオードの光軸が前記入力光学系の光軸と整合されるように、前記プリント回路板を解除可能にロックしている、少なくとも１つの光源ベッドとを含み、前記入力光学系および出力光学系は、前記発光ダイオードから放出された光を、前記空間光変調器の前記個別に制御可能な光変調器群を介して照明領域に伝送するのを容易にし、前記空間光変調器は、前記制御ユニットからの制御信号に従って、前記入力光学系からの光のパターンの確立を可能にし、前記出力光学系は、前記空間光変調器から照明領域上への光のパターンを集束させることを可能にする、立体リソグラフィ装置に関する。
【００５９】
本発明の有利な一態様によれば、発光ダイオードを交換することが可能である。全立体リソグラフィ装置の寿命時間は、発光ダイオードの寿命時間の数倍であり、したがって発光ダイオードの交換が必要である。
【００６０】
本発明のさらに有利な一態様によれば、光源ベッドは、例えば、入力光学系の少なくとも一部分を含む、露光システムの一部であり、したがって立体リソグラフィ装置から取り外すのは容易ではない。このため、光源ベッドそれ自体を取り外すことなく、発光ダイオードを光ベッドから取り外すことができることは非常に有利である。
【００６１】
本発明のさらに有利な一態様によれば、例えば、露光システムの幅を増大させて、それによって照明することのできる領域を増大させるために、２つ以上の空間光変調器が使用され、このために、より大きな対象物、またはより多数の小さい対象物を同時に構築することが可能である。
【００６２】
本発明の有利な一態様によれば、発光ダイオードは、発光ダイオードの１つまたは複数がプリント回路板に接続されていれば、取り扱いがより容易である。例えば、４つの発光ダイオードを含むプリント回路板を交換するのは、４つの個々の発光ダイオードを交換するのと比較して、より容易で迅速である。
【００６３】
本発明の一実施形態においては、前記プリント回路板が、解除可能なロック機構によって前記光源ベッドに解除可能にロックされており、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸が、前記入力光学系の光軸と一致するように、前記プリント回路板が、前記解除可能なロック機構によって解除可能にロックされている。
【００６４】
本発明の一実施形態において、前記露光システムは、２つ以上の光源ベッドを含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、光源ベッドはモジュールとして構築されており、したがって２つ以上の光源ベッドモジュールを、同一の立体リソグラフィ装置内部で使用して、より多くの数の照明スポットを照明することを助長することができる。
【００６５】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、露光システムにおける精度に対する高い要求は、解除可能なロック機構を含む光源ベッドによって満たされる。したがって、発光ダイオードが光源ベッド内に設置されるときに、発光ダイオードの光軸が、入力光学系の光軸と所与の公差範囲内で整合され、解除可能なロック機構を用いてこの位置でロックされる。
【００６６】
本発明の有利な一実施形態によれば、プリント回路板が前記光源ベッドに解除可能にロックされるときに、プリント回路板に取り付けられた発光ダイオードの光軸に対して、入力光学系の光軸と一致させるように、さらに整合または調節を行う必要はない。
【００６７】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、プリント回路板が解除可能なロック機構を用いて光源ベッドに解除可能にロックされているとき、プリント回路板を変更することは容易で迅速である。
【００６８】
本発明の一実施形態において、前記立体リソグラフィ装置は、装置の動作における障害または異常を知らせるための警報を具備する。
本発明の有利な一実施形態によれば、警報は、発光ダイオードの１つまたは複数を変更するときであることを示す。この警報は、例えば、音、（例えば、点滅または回転する）光、電子データ警報などの形態としてもよい。警報は、発光ダイオードが理由なく変更されることがないこと、およびサービス要員が、例えば、発光ダイオードの強度を検査する必要がないことから、非常に有利な場合がある。
【００６９】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、サービス要員が、例えばコンピュータを用いて、発光ダイオードを、例えばそれらが何時間使用されたか、現在の強度などについて検査することができる。このことは、立体リソグラフィ装置の部品の保全を計画するために、サービス要員にとって非常に有利な場合がある。
【００７０】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つのプリント回路板は、前記入力光学系の少なくとも一部を含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、プリント回路板は、整合光学系または入力光学系の少なくとも一部を含む。プリント回路板に、例えば、反射板または光学機器を設けることは、このようにすれば、例えば、反射器または光学機器を発光ダイオードに近接して、または接触してでも設置することが可能となるために、非常に有利となる場合がある。
【００７１】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つのプリント回路板は、少なくとも１つの冷却表面を含む冷却手段を含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、冷却表面がプリント回路板に取り付けられて、プリント回路板上の電子回路の冷却を助長し、電子回路またはプリント回路板を損傷するリスクを低減する。
【００７２】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、冷却表面には、プリント回路板からの熱の除去を最適化するためのファンが設けられる。
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、プリント回路板の一方側から、プリント回路板の他方側への熱の除去を最適化するために、プリント回路板を貫通して穴が作製される。
【００７３】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも１つのプリント回路板は、例えば、電力供給および／または制御信号のための、少なくとも１組の直流電流接続を含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、プリント回路板は、例えば、やはりプリント回路板上に置かれている発光ダイオード用の電源などの、電子回路を含む。電子回路をより小さなユニットまたはプリント回路板上に分散させることは非常に有利な場合がある。１つの電源が損傷した場合に、より小さなユニットまたはプリント回路板だけを、損傷した構成要素と交換する方が、複数の機能構成要素を含む、１つの大きなプリント回路板を交換するよりも安価である。
【００７４】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、プリント回路板上の直流電流接続を、例えば、発光ダイオードに直接または間接に電力を伝達するため、またはプリント回路板上の電子回路を制御するための制御信号を伝送するためのプラグまたはソケットとして、実施してもよい。この制御信号は、電源またはリレーを制御して、発光ダイオードをオンにしたりオフにしたりすることができる。
【００７５】
本発明の一実施形態において、前記解除可能なロック機構は、前記光源ベッドに移動可能に接続されている。
本発明の有利な一実施形態によれば、解除可能なロック機構を１つの位置から別の位置に向きを変えるか、または任意の方法で動かすことができる。このことは、プリント回路板を挿入するか、または光源ベッドから取り外すときには有利である。
【００７６】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、解除可能なロック機構を光源ベッドから取り外すことができる。
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、解除可能なロック機構、プリント回路板誘導手段、および光源誘導手段の間の相互作用によって、発光ダイオードの光軸と入力光学系の光軸との一致が助長される。
【００７７】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、光源ベッドは誘導手段を含み、この誘導手段は光源ベッド内に穴を含んでもよい。発光ダイオードに関して、プリント回路板誘導手段は、光源ベッド誘導手段と相互作用するように適合させて置いてもよい。プリント回路板誘導手段は、発光ダイオードが搭載されている、プリント回路板上の例えば、棒材としてもよい。したがって、発光ダイオードに関係する棒材が光源ベッド内の穴に設置されるときに、発光ダイオードの光軸が入力光学系の光軸に整合される。解除可能なロック機構を使用して、発光ダイオードと関係する棒材が、光源ベッド内の穴の中に固定されることを確実にしてもよい。
【００７８】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、誘導手段は、例えば、発光ダイオードが取り付けられているプリント回路板上の発光ダイオードと関係する、幾何図形を有してもよい。これらの幾何図形は、光源ベッド内の幾何図形に合うように適合して、発光ダイオードの光軸と入力光学系の光軸との整合を確実にするようにされている。そのような幾何図形には、発光ダイオードまたは発光ダイオードが取り付けられるプリント回路板に合うように適合された、光源ベッド内の凹部またはノッチを含めることができる。
【００７９】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、発光ダイオードおよび／またはプリント回路板に関係して説明した誘導手段を、光源ベッドと関係して使用してもよい。同様にして、光源ベッドと関係して説明した誘導手段を、発光ダイオードおよび／またはプリント回路板と関係して使用することができる。
【００８０】
本発明の一実施形態においては、発光ダイオードの光軸および入力光学系の光軸の整合の誤差が２０μｍ未満である。
本発明の一実施形態において、前記光源ベッド、前記露光システムまたは前記プリント回路板は、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸の位置、または前記入力光学系の光軸の位置の調節のための調節機構を含む。
【００８１】
本発明の有利な一実施形態によれば、光源ベッドにプリント回路板を調節する機構を設けてもよく、またはプリント回路板に発光ダイオードを手動または電気的に調節するための機構を設けてもよい。例えば、発光ダイオード、またはプリント回路板が交換されるとともに、例えば、測定によって発光ダイオードの光軸が入力光学系の光軸と完全には一致していないことがわかったとき、２つの光軸が一致するまで、発光ダイオードまたはプリント回路板を較正できることが有利である場合がある。代替的に、露光システムの要素を、入力光学系および／または出力光学系のように調節してもよい。
【００８２】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、プリント回路板上に搭載された発光ダイオードは、立体リソグラフィ装置以外の別の場所で較正してもよい。
さらに、本発明は、請求項２５〜３４のいずれかに記載の装置の使用によって感光材料から３次元対象物を製造する方法に関する。
【００８３】
本発明の一実施形態において、前記露光システムは、前記感光材料全体にわって走査される。
本発明の有利な一実施形態によれば、露光システムは感光材料の全体にわたって走査される。空間光変調器は、露光システムが感光材料の全体にわたって走査されるときに、光をパターン化して感光材料上の１つまたは複数の照明スポットを硬化させる。露光システムは、構築しようとする対象物の層毎に少なくとも１回、感光材料全体にわたって少なくとも部分的に走査される。
【００８４】
本発明の一実施形態において、発光ダイオードの数は、空間光変調器の数以下である。
本発明の有利な一実施形態によれば、１つの特定の発光ダイオードが１つの特定の空間光変調器の専用とされる。このことは、空間光変調器の１つからのパターン化された光が対象物の一層を構築するのに使用する必要がない場合には、１つの発光ダイオードを完全にオフにすることができるようになるので、非常に有利な場合がある。１つの発光ダイオードをオフにすることは、エネルギー消費に加えて熱の生成を低減する。
【００８５】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、発光ダイオードと空間光変調器の関係は、１対１の関係である。この１対１の関係は、高度な融通性を与え、例えば、露光システムが、個々の空間変調器のそれぞれをオンまたはオフにすることを可能にする。
【００８６】
本発明の一実施形態において、発光ダイオードの数は、空間光変調器の数に等しい。
本発明の有利な一実施形態によれば、露光システムからの放出光の強度を増大させるために、２つ以上の発光ダイオードが使用される。光の強度を増大させると、感光材料全体にわたる、露光システムの走査速度を増大させることができる。
【００８７】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、発光ダイオードは、レーザーダイオード、紫外線発光ダイオードなどと同等としてもよい。さらに、発光ダイオードに匹敵する、将来的に開発される任意のダイオードまたは光源を使用してもよい。
【００８８】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、発光ダイオードからの光をパターン化するのに使用される空間光変調器は、マイクロ光スイッチ、液晶ディスプレイ、ディジタルマイクロミラー装置などと同等にしてもよい。
【００８９】
本発明の一実施形態において、前記入力光学系は、マイクロレンズの少なくとも１つの配列を含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、入力光学系は、少なくとも部分的にマイクロレンズの配列としてもよい。マイクロレンズの配列は、例えば、発光ダイオードからの光を空間光変調器の開口に集束させるのに使用してもよい。
【００９０】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、入力光学系には、発光ダイオードからの光を視準する視準光学系を含めてもよい。さらに、入力光学系の機能に応じて、追加の光学系を入力光学系に含めてもよい。
【００９１】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、入力光学系には、マイクロレンズおよび／または光学系のモジュールを含めてもよく、これによって、露光システムが２つ以上の空間光変調器を含む場合には、各空間光変調器を１つの入力光学モジュールに取り付けることができる。
【００９２】
本発明の一実施形態において、前記入力光学系は、少なくとも１つの視準レンズを含む。
本発明の一実施形態において、前記入力光学系は、発光ダイオードからの光を、複数の異なるビームに分割することを可能にする。
【００９３】
本発明の有利な一実施形態によれば、入力光学系からの複数のビームは、１つまたは複数の空間光変調器の開口と１対１の関係にある。このことは、発光ダイオードからのすべての光を、感光材料を照明するのに使用できるようになるので、非常に有利である場合がある。
【００９４】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、入力光学系からの複数のビームは、１つまたは複数の空間光変調器の開口の数を超える。空間光変調器内の開口よりも入力光学系からのビームの数を多くすると、入力光学系が厳密には空間光変調器に適合しなくなるので、入力光学系に融通性が付加される。したがって、入力光学系からの追加のビームは、例えば、発光ダイオードからの光の強度を測定するのに使用することができる。
【００９５】
本発明の一実施形態において、前記出力光学系は、マイクロレンズの少なくとも１つの配列を含む。
本発明の有利な一実施形態によれば、少なくとも１つの空間光変調器からのパターン化された光は、例えば、感光材料上の照明スポットにおける光の最大強度を確保するために、前記マイクロレンズの配列によって光学材料上に集束される。
【００９６】
本発明のさらに有利な一実施形態によれば、出力光学系には、マイクロレンズおよび／または光学系のモジュールを含めてもよく、これによって、露光システムが２つ以上の空間光変調器を含む場合には、各空間光変調器を１つの出力光学モジュールに取り付けることができる。
【００９７】
本発明の有利な一実施形態においては、光が空間光変調器の開口上に集束される。すると、空間光変調器は、光変調器群によって集束された光のパターンを確立する。次いで、この空間光変調器からのパターン化された光は、出力光学系によって表面感光材料上の照明スポット内に集束される。
【００９８】
本発明の一実施形態において、前記装置は、前記発光ダイオードの１つまたは複数から放出された光を前記空間光変調器中に誘導する、光誘導手段を具備し、前記光誘導手段は光ファイバの形態である。
【００９９】
本発明の有利な一実施形態によれば、発光ダイオードは、空間光変調器からある距離に物理的に設置されており、このために、発光ダイオードから空間光変調器に光を誘導するのに、例えば光ファイバ（例えば、ガラス、プラスチック、その他で製作された）などの光ガイドを使用するのが非常に有利である。
【０１００】
さらに有利な一実施形態によれば、光ガイドは入力光学系の一部としてもよく、これによって、光ガイドは、光が空間光変調器によって容易にパターン化されるように、光を、例えば成形、整合または誘導することができる。
【０１０１】
本発明の一実施形態において、前記露光システムは立体リソグラフィ装置の一部であり、前記立体リソグラフィ装置は槽（Ｖ）を具備する。
本発明の有利な一実施形態において、感光材料は、槽内に収納されている。感光材料を収納する槽内で、構築プレートを上下させ、これによって露光システムが槽内の構築プレートの全体にわたって走査するときに、対象物の新規の層が硬化される。
【０１０２】
本発明の一実施形態において、前記制御ユニットは、前記露光システムを制御することを可能にする。
本発明の有利な一実施形態において、発光ダイオードおよび空間光変調器は、制御ユニットによって制御される。さらに、露光システムは、制御ユニットによって較正してもよい。
【０１０３】
さらに、本発明は、請求項１〜７、１０〜２０、２５〜３４、または３７〜４５のいずれかに記載の装置における、感光材料の使用に関する。
さらに、本発明は、請求項１〜７、１０〜２０、２５〜３４、または３７〜４５のいずれかに記載の装置において、感光材料を硬化させる方法に関する。
【０１０４】
さらに、本発明は、請求項８または９、２１〜２４、あるいは３５〜３６のいずれかに記載の方法によって製作される、３次元対象物に関する。
さらに、本発明は、請求項１〜７、１０〜２０、２５〜３４、または３７〜４５のいずれかに記載の装置を使用することによって製作される、３次元対象物に関する。
【０１０５】
さらに、本発明は、請求項４９および５０に記載の３次元対象物に関する。
次に、以下の図を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】立体リソグラフィ装置の簡略横断面図を示す図である。
【図２】本発明の一態様による、露光システムを示す図である。
【図３Ａ】露光システムの照明源の簡略横断面図を示すである。
【図３Ｂ】露光システムの照明源の簡略横断面図を示すである。
【図３Ｃ】露光システムの照明源の簡略横断面図を示すである。
【図３Ｄ】露光システムの照明源の簡略横断面図を示すである。
【図３Ｅ】露光システムの照明源の簡略横断面図を示すである。
【図４】照明源を備えるプリント回路板の簡略横断面図である。
【図５Ａ】発光ダイオードからの光を整合させる一例を示す図である。
【図５Ｂ】発光ダイオードからの光を整合させる一例を示す図である。
【図５Ｃ】発光ダイオードからの光を整合させる一例を示す図である。
【図６】露光システムを測定し、制御する一例を示す図である。
【図７Ａ】発光ダイオードを交換する一例を示す図である。
【図７Ｂ】発光ダイオードを交換する一例を示す図である。
【図８】本発明の一態様による、立体リソグラフィ装置の例を示す図である。
【図９】本発明の一態様による、立体リソグラフィ装置のさらに別の例を示す図である。
【図１０】本発明の一態様による、立体リソグラフィ装置のさらに別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０７】
３次元対象物の製造のための本発明による装置の使用において、感光材料ＬＳＭが、対象物を形成する材料として使用される。当業者であれば、この目的に対して好適な様々な種類の感光材料を知っているであろう。
【０１０８】
図１は、本発明の一態様による３次元対象物ＯＢを構築するための、立体リソグラフィ装置ＳＡの簡略横断面図を示す。３次元対象物ＯＢは、露光システムＥＳからの光に晒されるときの感光材料ＬＳＭの硬化によって、層別（ｌａｙｅｒ−ｗｉｓｅ）に構築される。
【０１０９】
立体リソグラフィ装置ＳＡは、１つまたは複数の３次元対象物ＯＢがその上に構築される、構築プレートＢＰを備える。構築プレートＢＰは、エレベータＥＬを用いて、感光材料ＬＳＭを含む槽Ｖ中に、垂直方向に移動される。塗り重ね装置ＲＥＣは、本発明の一態様によると、感光材料ＬＳＭの新規な層の全体にわたって走査されて、新規の層の均一性を確保する。
【０１１０】
前記の説明によれば、３次元対象物ＯＢは、露光システムＥＳからのパターン化された光に、感光材料ＬＳＭの層を晒させることによって構築される。感光材料ＬＳＭの層は、それが晒される光のパターンに応じて硬化する。第１の層が硬化すると、感光材料ＬＳＭの新しい上部の層を定着させるために、硬化した３次元対象物ＯＢの第１の層を備える構築プレートＢＰが槽Ｖ中に下げられて、塗り重ね装置ＲＥＣが感光材料ＬＳＭの層の全体にわたって走査する。次いで、露光システムＥＳを、再び感光材料ＬＳＭの全体にわたって走査させて、３次元対象物ＯＢの新規の層を硬化させる。
【０１１１】
上述したように、立体リソグラフィ装置ＳＡは、露光システムＥＳを具備する。この露光システムＥＳは、照明源ＩＳ（図示せず）および照明ユニットＩＵ（図示せず）を含む。露光システムＥＳの少なくとも一部が、走査方向ＳＤに感光材料ＬＳＭの全体にわたって走査される。
【０１１２】
本発明の一態様においては、槽Ｖは、車輪などの槽Ｖの移動手段、レール、軌道（ｔｒａｃｋ）、フォークリフトなどとの相互作用物（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ）を装備していてもよい。これによって、槽Ｖは、立体リソグラフィ装置ＳＡ内に位置して取り外しが可能となり、例えば、槽Ｖに感光材料ＬＳＭを再充填するため、または構築プレートＢＰから３次元対象物ＯＢを容易に取り外すために、開口ＯＰを介してアクセスが可能である。
【０１１３】
なお、例えば、図示したエレベータＥＬまたはその他の装置を用いて、構築プレートＶＰを動かす代わりに槽Ｖを垂直に動かすことも可能であることに留意されたい。
本発明の一態様によれば、３次元対象物ＯＢのディジタル層別表現を、インターフェイスユニットＩＦＵを介して、立体リソグラフィ装置ＳＡに提供することができる。このインターフェイスユニットＩＦＵには、例えば、キーボードまたはポインタなどの入力インターフェイスおよび、例えば、スクリーンまたはプリンタなどの出力インターフェイスを含めて、例えばＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、ＷＬＡＮ（ワイヤレスローカルエリアネットワーク）、シリアル通信などのインターフェイスを介して通信を処理してもよい。さらに、インターフェイスユニットＩＦＵには、データプロセッサ、メモリ、および／またはデータの永久記憶の手段を含めてもよい。
【０１１４】
図２は、本発明の一態様による、露光システムＥＳの要素の簡略横断面図を示す。本発明のこの態様によれば、露光システムＥＳの要素は、照明源ＩＳおよび照明ユニットＩＵである。
【０１１５】
本発明の一態様によれば、照明源ＩＳは、少なくとも１つの発光ダイオードＬＤを含み、本発明のさらに別の態様においては、照明源ＩＳはまた、反射器（図示せず）も含む。本発明のさらに別の一態様においては、照明源ＩＳはさらに光学系を含み、この光学系は入力光学系ＩＯの一部としても、またはそうでなくてもよい。この光学系は、例えば、発光ダイオードＬＤからの光の視準の一部としてもよい。様々な照明源ＩＳを、反射器および光学系と組み合わせるか、そうしないで、またはその任意の組合せによって使用してもよい。
【０１１６】
発光ダイオードＬＤは、本発明の一態様によれば、空間光変調器ＳＬＭと１対１の関係で位置してもよい。したがって、１つの発光ダイオードＬＤが、空間光変調器ＳＬＭの光変調器群ＬＭの少なくとも一部を照明している。そのような１対１の関係によって、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤを、少なくとも一部の入力光学系の光軸ＯＡＯＰと一致させることを助長することができる。
【０１１７】
本発明の好ましい態様によれば、発光ダイオードＬＤは、空間変調器ＳＬＭの上方に位置しており、その結果として少なくとも１つの空間変調ＳＬＭの変調器群ＬＭの少なくとも一部が、発光ダイオードＬＤからの光によって照明される。
【０１１８】
本発明のさらに別の態様によれば、発光ダイオードＬＤから少なくとも１つの空間変調器ＳＬＭの光変調器群ＬＭの少なくとも一部に光を伝送するのに光ガイドが必要となるように、照明源ＩＳ、したがって発光ダイオードＬＤを配置してもよい。そのような光ガイド、例えば、（例えば、ポリマー、プラスチック、ガラスなどで製作された）光ファイバ、光学系、レンズ配列、反射器、などを備えてもよい。
【０１１９】
発光ダイオードＬＤは、周知の任意の種類のもの、またはその任意の開発品とすることができる。本発明の一態様によれば、発光ダイオードＬＤは、例えば、レーザーダイオード、紫外線ダイオード、または電磁放射線の形態の光を放出する、その他任意の光源とすることができる。
【０１２０】
空間光変調器ＳＬＭは、複数の個々の光線を確立し、複数の照明スポットＩＳＰを照明して、合わせて照明領域を形成する。
この明細書および添付の特許請求の範囲の文脈の範囲では、「照明領域」の用語は、個々の光線の照明スポットＩＳＰとも呼ばれる、ある数の焦点位置によって定義される、近似的な面を意味する。
【０１２１】
照明領域は、３次元対象物ＯＢのディジタル層別表現に従って、感光材料ＬＳＭの表面上に近似面を形成することができる。
本発明の一態様によれば、露光システムＥＳは、ディジタル層別表現によるパターン内の感光材料ＬＳＭを硬化させて、それによって３次元対象物ＯＢを形成する。
【０１２２】
本発明の一態様によれば、感光材料ＬＳＭは、発光ダイオードＬＤの選択に対する決定要因となることがある。通常、感光材料ＬＳＭは、２００〜１０００００ｎｍの波長を有する高強度の光で露光または照明されると、硬化する。通常、３００〜４００ｎｍの間の中心周波数の波長を有する光が、好ましい種類の感光材料ＬＳＭを硬化させるのに最も適している。勿論のこと、特殊な感光材料ＬＳＭが必要な場合には、前記以外の波長の光を使用してもよい。
【０１２３】
その他の要因も、発光ダイオードＬＤの選択に対して決定的になることがある。そのような要因は、例えば、特定の波長の光に晒されると損傷を受けることのある、光学系または空間光変調器ＳＬＭである場合がある。１つの具体的な例は、ポリマーで被覆されて、高強度の光で露光されるか、または低強度の光でより長時間、露光される光学系であり、２５０ｎｍ未満の波長においては、光学系の寿命は大幅に減少する。
【０１２４】
なお、感光材料ＬＳＭは、例えば室内の拡散光分布からの、広域スペクトル光に晒されるときにも硬化するが、その理由は、部屋の拡散光分布は、感光材料ＬＳＭが反応する波長の光を含むことが多いためである。そのような迷光による感光材料ＬＳＭの硬化は、その速度が遅く、制御ができないために、望ましくない。
【０１２５】
本発明の一態様によれば、発光ダイオードＬＤから放出される光の強度は変化することがある。強度が高くなるほど、感光材料ＬＳＭを硬化光に晒さなければならない時間は短くなる。これによって、感光材料ＬＳＭの上を走査する露光システムＥＳの速度は速くなる。勿論のこと、感光材料ＬＳＭの種類、空間光変調器ＳＬＭにおける応答時間などの、その他の要因も走査速度に決定的である。
【０１２６】
本発明の一態様によれば、照明ユニットＩＵは、入力光学系ＩＯ、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭ、および出力光学系ＯＯを備える。このために、照明源ＩＳからの光は、入力光学系ＩＯを用いて視準され、集束されて、空間光変調器ＳＬＭによってパターン化され、出力光学系ＯＯによって感光材料上に集束される。
【０１２７】
この光は、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭの開口群の少なくとも一部に集束される。次いで、この少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭは、出力光学系ＯＯ上にパターン化された光を確立し、この出力光学系ＯＯは、パターン化された光を、再び感光材料ＬＳＭ上の照明スポットＩＳＰ上に集束させる。
【０１２８】
なお、光のパターンはまた、空間光変調器ＳＬＭの個々の光変調器群ＬＭのすべてが、空間光変調器ＳＬＭのすべての開口を光に通過させるか、またはいずれの光も空間光変調器ＳＬＭの開口を通過させない位置にある状況も含むことに留意すべきである。
【０１２９】
本発明の好ましい一態様によれば、立体リソグラフィ装置ＳＡは、６４を超える空間光変調器ＳＬＭを備える。なお、本発明の一態様による立体リソグラフィ装置ＳＡは、空間光変調器ＳＬＭの量に関して非常に柔軟であることに留意すべきである。このために、空間光変調器ＳＬＭの数は、１から、例えば１００を超える数までの間で変化することに留意すべきである。
【０１３０】
本発明の一態様によれば、個々の空間光変調器ＳＬＭは、４つのモジュールに結合してもよい。このために、本発明の好ましい一態様によれば、４個を超える空間光変調器ＳＬＭが必要なときには、２つ以上のモジュールを組み合わせて露光システムＥＳを形成する。これに関して、照明源ＩＳを、例えば、４つの発光ダイオードＬＤの照明源モジュールを備える、空間光変調器ＳＬＭのモジュールに適合させてもよい。
【０１３１】
本発明の一態様によれば、各空間光変調器ＳＬＭは、５００個の個別に制御可能な光変調器群ＬＭを備える。勿論、５００個の個別に制御可能な光変調器群ＬＭと異なる、ときには大幅に異なる数の空間光変調器ＳＬＭを使用してもよい。図を簡略化するために、本明細書を通して、図には、前述のように５００個を超えることもあるが、例えば４つの光変調器群を備える空間光変調器ＳＬＭだけを示してある。
【０１３２】
本発明の一態様によれば、入力光学系ＩＯは、例えば、視準光学系ＣＯ、例えばマイクロレンズ配列ＭＬの形態の焦点光学系、レンズ類などを含む、レンズシステムを含む。マイクロレンズＭＬの一例は、例えば、ポリマー層をその上に堆積させた、ガラスのプレートである。次いで、ポリマー層は、空間光変調器ＳＬＭの一開口の直前に１つの球形面を与えるように成形される。
【０１３３】
視準光学系ＣＯは、発光ダイオードＬＤからの光の方向を整合するために使用され、このために視準光学系ＣＯからの出力を形成する光は、好ましくは平行である。視準光学系ＣＯの導入は、露光システムＥＳに大きな光学損失を導入する可能性がある。さらに、発光ダイオードＬＤからの光の意図しないフィルタリングが導入されることがある。前述の損失およびフィルタリングの効果として、本発明の一態様においては、発光ダイオードから放出される光の全部が、視準光学系ＣＯの後に存在するわけではないことになる。発光ダイオードＬＤの光放出領域ＬＥから放出される光の損失が５０％を超えることは、当該技術においてよく知られている問題である。この理由によって、放出された光を整合して視準できることは重要である。
【０１３４】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「平行」の用語は、厳密に数学的な意味で平行であると解釈すべきではない。そうではなく、上記の用語は、物理的に可能な制限の範囲内の精度を有する平行であると解釈すべきものとする。
【０１３５】
説明したように、入力光学系１０はまた、例えばマイクロレンズＭＬの配列の形態での焦点光学系を含むことがある。マイクロレンズＭＬの機能は、視準された光を、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭ上に集束させることである。以下に説明するように、前記の少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭは、複数の開口を含み、マイクロレンズＭＬが視準された光を集束させるのは、これらの開口上か、またはそれらを下方に通過させてである。本発明の一態様によれば、開口の大きさは、２０〜４０μｍの間であるが、好ましくは３０μｍである。
【０１３６】
図２は、入力光学系１０がマイクロレンズＭＬの１つの配列のみを含み、視準光学系ＣＯが１つの光学構成要素だけを含む、本発明の一態様を示す。
入力光学系は、最初に、光学構成要素（視準光学系ＣＯとも呼ばれる）の第１段階によって光を視準し、次いで、例えばマイクロレンズＭＬの形態における光学構成要素の第２段階によって、その光を集束させる。光学構成要素は、例えば、鏡または一重レンズ、二重レンズまたは非球形レンズなどの光学構成要素の任意の組合せである。
【０１３７】
勿論のこと、本発明に関して、マイクロレンズＭＬおよび視準レンズＣＯの異なる種類と数の組合せも使用することができる。本発明の好ましい態様において、視準光学ＣＯは４つのレンズを含む。視準光学系ＣＯおよびマイクロレンズＭＬを実装する１つの理由は、発光ダイオードＬＤから放出される光の効率を最適化するためである。さらに、視準光学系ＣＯおよび／またはマイクロレンズＭＬの少なくとも一部を、照明源ＩＳ内に含めてもよいことに留意すべきである。
【０１３８】
本発明の一態様によれば、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭを使用して、視準されて集束された光を、感光材料ＬＳＭ上の照明スポットＩＳＰ上にパターン化してもよい。少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭは、光スイッチ、光バルブ、マイクロシャッターなどとも呼ばれる、複数の個々の光変調器群ＬＭを含む。
【０１３９】
本発明の一態様によれば、個々の制御可能な光変調器群ＬＭは、制御ユニットＣＵによって制御される。制御ユニットＣＵは、構築しようとする３次元対象物のディジタル層別表現に従って、露光システムＥＳを制御してもよい。図示した制御ユニットＣＵは、発光ダイオードＬＤおよび少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭの個々の制御可能な光変調器群ＬＭを制御してもよい。
【０１４０】
本発明の一態様によれば、発光ダイオードＬＤを制御することは、例えば、対象物の小さい部分だけ、または小さい対象物を構築しようとする場合に、発光ダイオードＬＤをオフにすることを意味し、これによって、露光システムＥＳに含まれる少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭからのパターン化された光を必要としない。
【０１４１】
本発明の一態様によれば、少なくとも１つの空間光変調器ＳＬＭ内の光変調器群ＬＭの制御は、パターンに従って光変調器群ＬＭをアドレス指定することによって行ってもよい。パターンは、構築しようとする３次元対象物の一層を表わすことができる。
【０１４２】
本発明の一実施形態において、図示された制御ユニットＣＵは、露光システムＥＳ以外の立体リソグラフィ装置ＳＡのその他の部分も制御してもよい。代替的に、制御ユニットＣＵは、立体リソグラフィ装置ＳＡに関するその他の制御システムに含めてもよい。
【０１４３】
本発明の一態様によれば、立体リソグラフィ装置ＳＡには、構築しようとする３次元対象物のディジタル層別記述を供給してもよい。３次元対象物の層別記述には、３次元対象物が構築工程中に支持を必要する場合には、支持構造を含めてもよい。３次元対象物の各層に対して、露光システムＥＳが、感光材料ＬＳＭの全体にわたって走査されて、３次元対象物の個々のディジタル層別記述が、空間光変調器ＳＬＭからの光のパターンを決定する。
【０１４４】
本発明の一態様によれば、出力光学系ＯＯは、空間光変調器ＳＬＭからのパターン化された光を、感光材料ＬＳＭの表面上の１つまたは複数の照明スポットＩＳＰ上に集束させる。入力光学系ＩＯと同様に、出力光学系ＯＯには、２つ以上のレンズシステム、例えば２つ以上のマイクロレンズＭＬの配列を含めてもよい。
【０１４５】
本発明の一態様によれば、照明スポットＩＳＰは、感光材料ＬＳＭの表面上に位置する焦点位置としてもよい。なお、照明スポットＩＳＰはまた、感光材料ＬＳＭの表面下に配置してもよいことに留意すべきである。
【０１４６】
本発明の一態様によれば、照明スポットＩＳＰの大きさは、８０から１２０μｍの間、好ましくは１００μｍである。
図３Ａ〜Ｅは、本発明の一態様による、照明源ＩＳ内に位置する発光ダイオードＬＤの発光領域ＬＥの原理を示す。図３Ａ〜Ｅに図示した実施形態は、照明源ＩＳ内で使用される発光ダイオードＬＤの背景にある可能な原理の一部を図示している。図３Ａ〜Ｅの実施形態のそれぞれは、発光領域ＬＥ、光を放出している発光ダイオードＬＤの一部を示している。
【０１４７】
本発明の一態様によれば、照明源ＩＳにおいて使用される、好ましい発光ダイオードＬＤは、発光領域ＬＥを覆う、例えば、ポリマー材料、ガラス材料またはプラスチック材料のカバー（図示せず）を有する。このカバーは、発光領域ＬＥから放出される光の予備集束光学系および／または予備視準光学系として使用してもよい。これによって、本発明の一態様によると、このカバーは、図２と関係して上述した視準光学系ＣＯの一部としてもよい。
【０１４８】
図３Ａは、発光領域ＬＥから放出される光の配光角度が、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから６０度である、本発明の一実施形態を示す。
図３Ｂは、発光領域ＬＥから放出される光の配光角度が、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから９０度である、本発明の一実施形態を示す。
【０１４９】
図３Ｃは、発光領域ＬＥから放出される光の配光角度が、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから６０度であり、かつ反射器ＲＥが発光領域ＬＥから放出される光の少なくとも一部を反射する、本発明の一実施形態を示す。反射器ＲＥを挿入することは、いくつかの目的に役立つ。まず第１に、反射器ＲＥは、発光領域ＬＥから放出される光を、少なくとも部分的に同一方向に向けるのを助長する。このために、反射器は、発光領域ＬＥからの光の予備整合手段または予備視準手段とみなすことができる。第２には、発光領域ＬＥからの光を、その光のさらなる処理を容易にする特定の方向に反射するように、反射器ＲＥを成形または設計することができる。さらに、反射器ＲＥを使用すると、発光ダイオードＬＤの後側から入る迷光を低減することができる。
【０１５０】
図３Ｄは、発光領域ＬＥから放出される光の配光角度が、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから９０度であって、かつ反射器ＲＥが発光領域ＬＥから放出される光の少なくとも一部を反射する、本発明の一実施形態を示す。
【０１５１】
図３Ｅは、発光領域ＬＥの両側から光軸ＯＡＬＤから最大９０度までの配光角度で、光が放出される、本発明の一実施形態を示す。発光領域ＬＥから光が放出されない領域ＡＥが図示されているが、これは発光領域ＬＥの横方向の側部ＳＩから光を放出する発光ダイオードＬＤを構築することが非常に難しいことを示すためである。そのような発光ダイオードが構築されると、そのような発光ダイオードの側部ＳＩから放出される光の少なくとも一部を利用することが可能となるであろう。
【０１５２】
本発明の一態様によれば、発光ダイオードＬＤの発光中心ＬＥは、反射器ＲＥの焦点位置にできる限り近くに置かれる。
図３Ｃ〜３Ｅに関して、反射器を実装することによって、発光ダイオードＬＤの発光領域ＬＥから放出される光の最適利用ができる。このために、これらの実施形態においては、例えばｍＷ、ｍＡ、ｍＶなどで測定される、加えられた電力量当たり、より多数の光子を、発光ダイオードＬＤから利用することができる。
【０１５３】
反射器ＲＥは、発光ダイオードＬＤの一体化部分とするか、または発光ダイオードＬＤの外部に設置してもよい。後者の場合には、反射器ＲＥは、照明源ＩＳの一部としてもよい。さらに、図から解釈される可能性があるように、反射光のすべてが平行であるとは限らないことに留意されたい。
【０１５４】
本発明のさらに別の実施形態（図示されていない）においては、照明源ＩＳには、内部反射器を有する発光ダイオードＬＤを備えてもよく、この内部反射器は、発光ダイオードＬＤの外部の反射器と一緒に、発光ダイオードＬＤから放出される光を反射する。
【０１５５】
なお、図３Ａ〜３Ｅに関して、発光ダイオードＬＤから放出される光の配光角度は、前述の６０度および９０度から変化することがある。したがって、本発明の態様によれば、配光角度はより小さく、例えば、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから、３０度またはさらに１０度まで下がる。
【０１５６】
なお、図３Ａ〜３Ｅに関して、発光ダイオードＬＤの発光領域ＬＥだけが図示されており、したがって、例えば固定接続（ｆｉｘａｔｉｏｎ）や、直流電流接続のいずれも図示されていない。
【０１５７】
なお、図３Ａ〜３Ｅに関して、光学系（図示せず）を、発光ダイオードの直後に、例えば、照明源ＩＳの一部として挿入してもよい。そのような光学要素（図示せず）は、発光ダイオードＬＤからの光を視準する視準光学系ＣＯの一部とするのが好ましいが、単に、発光ダイオードＬＤからの光を集束させるのに使用してもよい。
【０１５８】
本発明の一態様によれば、発光ダイオードＬＤおよび例えば光学系を含む照明源ＩＳは、図４に示すようにプリント回路板ＰＣＢ上に搭載されている。図４の図解は、立体リソグラフィ装置ＳＡにおける照明源ＩＳの実装を行う、１つの方法を示しているだけである。
【０１５９】
図示されているように、少なくとも１つの発光ダイオードＬＤが、プリント回路板ＰＣＢに制御信号および／または電力を供給するための、電子回路ＥＬ、冷却手段ＣＭ、および少なくとも１つのソケットＳＯと一緒に、プリント回路板ＰＣＢ上に搭載されている。
【０１６０】
本発明の一態様によれば、プリント回路板ＰＣＢには、プリント回路板ＰＣＢ上に配置される少なくとも１つの発光ダイオードＬＤへの電源を含めてもよい。さらに、発光ダイオードＬＤに供給される、例えば、電流または電圧を制御するための制御電子系の少なくとも一部も、プリント回路板ＰＣＢ上に置いてもよい。
【０１６１】
電子回路ＥＬがプリント回路板ＰＣＢ上に搭載されている、本発明の実施形態においては、プリント回路板ＰＣＢもソケットＳＯを備えることが好ましい。これによって、例えば、プリント回路板ＰＣＢに電力または制御信号を供給する配線Ｗの取り外しが容易になり、したがって、プリント回路板ＰＣＢを立体リソグラフィ装置ＳＡから取り外すのが容易になる。このことは、例えば、電子回路ＥＬの一部が損傷を受けて、プリント回路板ＰＣＢを交換または修理する必要がある状況において、有利となることがある。
【０１６２】
ここで、勿論のこと、ソケットＳＯを使用することなく、プリント回路板ＰＣＢに電力および／または制御信号を供給することは可能であり、１つの例としては、プリント回路板ＰＣＢ上に直接的に配線を装着することであることに留意すべきである。
【０１６３】
発光ダイオードＬＤが発光しているときには、それらは熱Ｈを生成しており、したがって、プリント回路板ＰＣＢに冷却手段ＣＭを設けて、プリント回路板ＰＣＢ上に、またはそれと関連して、搭載された構成要素に損傷を与えるのを防止することが必要な場合がある。さらに、発光ダイオードＬＤからの熱Ｈは、また、加熱されると膨張する、例えば、鉄におけるように、異なる材料における構造変化を起こさせて、システムの精度に影響を与えることがある。
【０１６４】
本発明の一実施形態において、冷却手段ＣＭは、共に作用して、プリント回路板ＰＣＢ上に搭載された構成要素の冷却を最適化する、異なる装置の組合せとしてもよい。
１つの装置としては、プリント回路板ＰＣＢから熱Ｈを移送するために最適化された１つまたは複数の冷却表面ＣＳとすることもできる。１つまたは複数の冷却表面ＣＳには、１つまたは複数の冷却表面ＣＳの間に空気を循環させるファンＦＡをさらに設けてもよい。例えば、１つまたは複数の発光ダイオードＬＤから熱を除去するための追加の装置としては、１つまたは複数の発光ダイオードＬＤから冷却表面ＣＳへとプリント回路板ＰＣＢを通過する冷却チャネルＣＣである。勿論のこと、上記のもの以外の他の冷却装置または要素を冷却手段ＣＭに適用して、プリント回路板ＰＣＢ上の構成要素からの熱Ｈの除去を最適化してもよい。そのようなさらなる要素としては、例えば、プリント回路板ＰＣＢから熱Ｈを除去するための、冷却ペースト、冷却水または冷却金属も考えられる。さらに、プリント回路板ＰＣＢの温度またはその上の温度を制御するために、冷却手段ＣＭと関連させて、いくつかのペルチエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）モジュールを使用してもよい。なお、１つまたは複数のペルチエモジュールで、プリント回路板ＰＣＢの温度またはその上の温度を制御するのに十分である場合もあることに留意すべきである。
【０１６５】
さらに、プリント回路板は、プリント回路板誘導手段ＰＣＢＧによって改善してもよい。これらのプリント回路板誘導手段ＰＣＢＧは任意選択にすぎず、これらのプリント回路板誘導手段ＰＣＢＧがプリント回路板ＰＣＢの部分を形成するかどうかは、それらが必要な場合には、プリント回路板ＰＣＢ上でのそれらの厳密な場所は、露光システムＥＳ内でプリント回路板ＰＣＢを搭載するシステムまたは方法に依存する。これは、図７Ａおよび７Ｂに関連してより詳細に開示される。
【０１６６】
媒体のポイント照明の方法および照明ユニットの例、および光を視準して、本発明の実施形態に従って照明する方法は、例えば、参照により本明細書に組み入れてあるＷＯ９８／４７０４８に記載されている。
【０１６７】
本発明の実施形態による、光バルブ配設を介して少なくとも１つの照明面を照明するように配設された、光ガイドの形態の、複数の発光器を含む、照明ユニットおよび媒体のポイント照明の方法の例は、例えば、参照により本明細書に組み入れてあるＷＯ９８／４７０４２に記載されている。
【０１６８】
完全に、または部分的に感光性の材料を含む、横断面の付加処理によって３次元対象物を製造する、迅速プロトタイプ作成装置の一例が、参照により本明細に組み入れてあるＷＯ００／２１７３５に記載されている。この装置は、個々に制御可能な光変調器群の少なくとも１つの空間光変調器によって、感光材料の横断面を照明するための少なくとも１つの光源を含み、この少なくとも１つの光源は、各光ガイドが横断面の小領域を照明するように、空間光変調器配設に対して配列された複数の光ガイドと結合されている。
【０１６９】
図５Ａ〜５Ｃは、露光システムＥＳが、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから最大９０度まで放出される、発光ダイオードＬＤからの光を利用する、本発明の第１の態様を示す。
本発明の第１の態様の範囲は、発光ダイオードＬＤから放出される光をできる限り利用することである。発光ダイオードＬＤの発光領域ＬＥからの光の配光角度は、照明源ＩＳにどの種類の発光ダイオードが使用されているかによって変化する。したがって、発光ダイオードＬＤのいくつかの種類は、例えば、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから２０度未満の配光角度で、高度に集束された光を放出することができる。他方で、その他の種類の発光ダイオードＬＤは、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから６０度を超える配光角度で拡散光を放出することができる。
【０１７０】
本発明の第１の態様によれば、露光システムＥＳにおいて、例えば発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから２０度未満の配光角度で集束された光を放出する、発光領域ＬＥが使用される。したがって、当業者であれば、放出光の大部分を利用することができる。図５Ａは、発光領域ＬＥからの光が発光領域ＬＥから第１の光学レンズＯＰに向かって直接的に向けられる、本発明の第１の態様による照明源ＩＳを示す。発光ダイオードＬＤからの光が、放出されるときに比較的に集束されているので、その光が視準光学系に入るまでに、その光を成形する整合光学系を含める必要がないこともある。したがって、第１の光学レンズＯＰは、発光ダイオードＬＤからの光を視準する、視準システムの一部としてもよい。このために、本発明のこの態様によれば、光の損失は最小化され、そのような損失は、露光システムＥＳの簡単な構築が理由で、例えば、反射器、光学系などに由来する可能性がある。
【０１７１】
上記のように、配光角度が広くなるほど、発光ダイオードＬＤから放出される光の大部分を利用することがより複雑になる。したがって、本発明のさらなる態様によれば、発光ダイオードＬＤが、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤから例えば６０度を超える配光角度で発光しているときに、光の少なくとも一部を利用するための処置を講じなければならない。
【０１７２】
そのような処置とは、例えば、図５Ｂに示すように、１つまたは複数の反射器、光学系、などを含めることである。ここで、反射器は、発光領域ＬＥからの光の少なくとも一部を第１の光学レンズＯＰの方向に誘導する。本発明の一態様によれば、この第１の光学レンズＯＰは、例えば、焦点光学系、視準光学系、などである。
【０１７３】
したがって、図５Ａおよび５Ｂに示された照明源ＩＳは、発光ダイオードＬＤからの光を第１の光学レンズＯＰに向かって整合させるように適合された複数の異なるシステムの中の２つである。図に示すように、その他の照明源ＩＳを、入力光学系ＩＯに向けて光を整合／誘導することの一部として、発光ダイオードＬＤの保護体Ｐを含めて、使用してもよい。どの照明源ＩＳが好ましいかの選択は、発光ダイオードＬＤの選択に依存し、発光ダイオードＬＤからの有用な光の量を最適化するために光学系、反射器、光ガイドなどの任意の組合せを使用してもよい。
【０１７４】
本発明の一態様によれば、図５Ｂおよび５Ｃに示された反射器ＲＥは、発光ダイオードに対して内部または外部にあってもよい。さらに、内部および外部の反射器ＲＥの組合せを、発光ダイオードＬＤからの光の利用を最適化するために使用してもよい。
【０１７５】
図５Ｃに示された照明源ＩＳは、発光領域ＬＥの保護体Ｐ、反射器ＲＥ、および光を直接的に整合させる第１の光学系の組合せを含む。図５Ｃに示す本発明のこの態様は、直接的に整合された光は、入力光学系ＩＯの方向に向けられることを示している。
【０１７６】
入力光学系ＩＯは、視準光学系ＣＯおよび少なくとも１つのマイクロレンズ配列ＭＬの形態の焦点光学系として図示された、１つまたは複数の視準レンズを含む。
この少なくとも１つのマイクロレンズ配列ＭＬは、視準された光を、空間光変調器ＳＬＭを通過して集束させ、この空間光変調器ＳＬＭは、個々の制御可能な光変調器群ＬＭによって、光のパターンを確立する。この光のパターンは、少なくとも１つのマイクロレンズＭＬの配列によって、出力光学系ＯＯに向けられる。次いで、出力光学系は、光のパターンを感光材料ＬＳＭの表面上の照明スポットＩＳＰ中に集束させる。
【０１７７】
制御ユニットＣＵは、発光ダイオードＬＤおよび空間光変調器ＳＬＭを制御する。
図６は、照明源ＩＳ内に含まれる個々の発光ダイオードＬＤの測定および制御を容易にする、本発明の第２の態様を示す。感光材料ＬＳＭが同一の強度を有する光で照明されることは、３次元対象物を構築する際、特にこれらの３次元対象物が大きな領域（例えば、１００〜３００ｃｍ２）を含むときには、重要な要因である。感光材料ＬＳＭが、同一の強度を有さない光で照明される場合には、感光材料ＬＳＭの層が均一に硬化しない。走査速度は感光材料ＬＳＭが受ける光の量に部分的に依存するので、放射光の強度が増大すると、走査速度を増大させることができる。したがって、光の強度が高くなるほど、感光材料ＬＳＭ全体にわたってより速く露光システムＥＳを走査させることができる。
【０１７８】
測定および制御システムの説明を簡単にするために、図６は、第１の照明源１ＩＳおよび第２の照明源２ＩＳだけを図示している。本発明の好ましい一態様によれば、図示された２つの照明源１ＩＳおよび２ＩＳは、４つの照明ユニットＩＵおよび４つの照明源ＩＳを含むモジュールの一部である。さらに、本発明の好ましい一態様によれば、２つ以上のモジュールが互いに結合されて、走査バーを形成する。
【０１７９】
図６に示されているように、第１の照明源１ＩＳは、第１の照明ユニット１ＩＵを照明し、さらに第１の照明ユニット１ＩＵは、測定ユニットＭＵを照明する。図６に示されている空間光変調器ＳＬＭは、照明源ＩＳから放出される光のできるだけ多くを測定ユニットＭＵによって受けさせるように、光を空間光変調器ＳＬＭ中を通過させる位置に、図示されたすべての光変調器群ＬＭを有する。測定ユニットＭＵは、制御ユニットＣＵに電気的に結合された任意の受光センサまたは感光材料に基づくものでよい。
【０１８０】
測定ユニットＭＵは、発光ダイオードＬＤからの光の１つまたは複数の代表値を測定する。代表値は、例えば、波長、強度、照明スポットＩＳＰの位置および大きさ、などの表現とすることができる。次いで、この代表値は、個々の発光ダイオードＬＤを制御するための基礎として使用される。
【０１８１】
ここで、すべての光変調器群ＬＭが、光に空間光変調器ＳＬＭを通過させる位置にある必要はなく、またすべての発光ダイオードＬＭからの光を測定する必要はなく、より均一に照明された感光材料ＬＳＭを得ることできるようになるので好ましいだけであることに留意すべきである。また、発光ダイオードＬＤのすべてを、対象物を構築するのに使用する必要はなく、したがってこれらの発光ダイオードＬＤからの光の強度を測定する必要がない状況が起こることもある。
【０１８２】
発光ダイオードＬＤを測定および制御手順から除去すると、時間が節約され、それによって立体リソグラフィ装置ＳＡがより効率的になる。同様にして、使用されていない発光ダイオードＬＤのいくつかが、使用される発光ダイオードと比較して強度の低い放出光を示す場合には、使用される発光ダイオードＬＤが、より強度の高い光を放出するように調整されて、それによって走査速度、またそれによって３次元対象物を構築する時間を増大させることが可能になる。
【０１８３】
測定ユニットＭＵが、照明源ＩＳの発光ダイオードＬＤからできる限り多くの光を受けるのが好ましい。このことは、例えば発光ダイオードＬＤに印加する電圧または電流を切り上げることによって、発光ダイオードＬＤを可能な最高強度で光らせるように調節することと混同すべきではない。
【０１８４】
なお、発光ダイオードＬＤがそれを可能にする場合には、制御ユニットＣＵが、発光ダイオードＬＤに印加される電流または電圧を制御することによって、発光ダイオードＬＤからの光の強度、また波長も制御することができることに留意されたい。このために、印加電圧または電流の変化と関係する波長の変化に基づく制御プロファイルを設けてもよい。
【０１８５】
上述したように、露光システムは、それぞれが構築しようとする３次元対象物の一層の一部を照明する、いくつかの発光ダイオードを備えてもよい。感光材料ＬＳＭの均一な硬化を達成するために、個々の発光ダイオードＬＤのそれぞれを、調節および／または調整する必要がある。これを達成する１つの方法は、発光ダイオードから受ける光の強度を測定することである。個々の発光ダイオードＬＤすべてからの光の強度が測定されると、すべての測定された発光ダイオードＬＤが同強度の光を放出するように、個々の発光ダイオードＬＤのそれぞれが調節される。
【０１８６】
発光ダイオードＬＤの測定および調節／調整の両方が、制御ユニットＣＵによって制御される。制御ユニットは、データプロセッサまたは制御回路を含み、これが、例えば、比例式、積分式および／または微分式あるいはそれらの任意の組合せなどの、異なる調整アルゴリズムに基づく調節／調整を行ってもよい。
【０１８７】
なお、発光ダイオードＬＤを調整／較正するときにフィードバックループを使用することはいつも好ましいとは限らないのは、これには発光ダイオードＬＤからの光の少なくとも一部が、センサによって、感光材料ＬＳＭ上で終点となるのが防止されるように、センサを配置する必要があるからである。さらに、これには、（１つまたは複数の）センサが、個々の発光ダイオードＬＤからの光の同一割合を測定することを保証する手段が必要となる。
【０１８８】
感光材料ＬＳＭの新規の層が上塗りされて、露光システムＥＳが使用されていない状況においては、センサが発光ダイオードＬＤからの光を受けるようにセンサを設置するのが有利であることがある。次いで、フィードバックループを確立して、発光ダイオードＬＤの較正を行ってもよい。これは、制御ユニットＣＵ、または所望の較正精度に応じて、数回行ってもよいことに留意すべきである。
【０１８９】
本発明の好ましい一態様によれば、測定ユニットＭＵは、個々の発光ダイオードＬＤすべてからの光が測定ユニットＭＵによって測定できるように、実装してもよい。勿論のこと、測定ユニットＭＵを、全発光ダイオードＬＤからのすべての光は受光しないように実装することも可能である。しかし、測定ユニットを本発明の好ましい実施形態に従って実装すれば、より良い結果が得られることになる。なお、すべての発光ダイオードＬＤからの光を測定することは、同時に行わなくてもよいことに留意すべきである。
【０１９０】
本発明の一態様によれば、測定ユニットは、塗り重ね装置（リコータ）ＲＥＣ（図示せず）内に搭載してもよい。感光材料ＬＳＭのそれぞれの硬化層に対して、塗り重ね装置ＲＥＣが、露光システムＥＳの走査方向に直角に走査され、これによって、次いで、塗り重ね装置ＲＥＣが新規の層を上塗りするときに、測定ユニットが時間の無駄なく、個々の発光ダイオードを走査する。本発明のこの態様によれば、測定装置を、そのときに１つの発光ダイオードからの光を測定するようにだけ適合させてもよい。露光システムＥＳの設計に応じて、１つまたは複数の測定ユニットＭＵ、例えば１つまたは複数の光感度センサを使用しなくてはならない。
【０１９１】
本発明のさらに別の態様によれば、測定ユニットＭＵは、塗り重ね装置ＲＥＣが感光材料ＬＳＭの新規の層を上塗りするときに、露光システムＥＳが停止している場所の直下に装着してもよい。これによって、硬化させようとする各層の間で測定を行うことができるようになる。次いで、測定ユニットＭＵを、すべての発光ダイオードＬＤからの光を同時に受けるように適合された、光感度プレートとして形成してもよい。代替的に、測定ユニットは、露光システムＥＳの下で、走査される１つまたは複数の光感度センサを備えてもよい。センサの数は、露光システムＥＳの下の光センサの走査数によって決めてもよい。
【０１９２】
本発明の一態様によれば、光感度センサの直径は、１つの空間光変調器ＳＬＭからのすべての光を測定できるためには、少なくとも９ｍｍでなくてはならない。
本発明の一態様によれば、露光システムＥＳまたは測定ユニットＭＵは、発光ダイオードＬＳからの光の強度を測定するときには、露光システムからの光が、感光材料ＬＳＭを照射するのを回避する手段を含む。これは、有害な迷光の量を低減するために行われ、その理由は、迷光によって、制御のできない感光材料ＬＳＭの硬化が起こるためである。
【０１９３】
図７Ａおよび７Ｂは、プリント回路板ＰＣＢの取り外しを容易化する、本発明の第３の態様を示す。図７Ａおよび図７Ｂに示されたプリント回路板ＰＣＢは、図４に関係して説明したプリント回路板ＰＣＢと類似している。なお、発光ダイオードＬＤを含む照明源ＩＳだけが、図７Ａおよび７Ｂと関係して、プリント回路板ＰＣＢ上に図示されていることに留意されたい。
【０１９４】
図７Ａに図示された本発明の図示された態様を、１つのモジュールと呼んでもよい。本発明の一態様によれば、１つのモジュールは、４つの照明源ＩＳおよび４つの照明ユニットＩＵを含む。
【０１９５】
図７Ａに示す本発明の第３の態様は、４つの照明ユニット、および４つの照明源ＩＳを含むプリント回路板ＰＣＢを開示する。単に、立体リソグラフィ装置ＳＡの寿命は、発光ダイオードＩＤの寿命の数倍になることがあるので、発光ダイオードＬＤの少なくとも１つを交換できることは有利である。
【０１９６】
本発明の一態様によれば、発光ダイオードＬＳは、プリント回路板ＰＣＢ上に装着してもよく、本発明のこの態様に関係して、プリント回路板ＰＣＢ全体を交換できることが、さらに有利になることがある。図４に関係して説明したように、プリント回路板ＰＣＢ上に搭載されたいくつかの電気構成要素があることがある。発光ダイオードＬＤを含む、これらの電気構成要素のそれぞれは、露光システムＥＳに対する潜在的な故障源を表わす。電気構成要素の１つだけが故障する場合には、露光システムＥＳは最適に動作しない可能性があり、このために、この電気構成要素、またはさらにはプリント回路板ＰＣＢ全体を交換しなくてはならない。
【０１９７】
本発明の一態様によれば、解除可能なロック機構ＲＬＭは、少なくとも部分的に光源ベッドＬＳＢ上に置いてもよい。プリント回路板ＰＣＢの固定を容易にするためのその他の誘導手段を、プリン具回路板ＰＣＢ上に配置してもよい。
【０１９８】
光源ベッドＬＳＢは、例えば、露光システムＥＳを保護するケース／カバーの一部としてもよい。
図７Ａは、本発明の一態様の側面図を示す。光源ベッドＬＳＢは、少なくとも１つ、しかし好ましくは４つの解除可能なロック機構（２つだけを図示）を備えてもよい。本発明の一態様においては、プリント回路板ＰＣＢを光源ベッドＬＳＢに固定するのに、解除可能なロック機構ＲＬＭが１つだけで十分である。
【０１９９】
図７Ａおよび７Ｂに示す本発明の態様によれば、プリント回路板ＰＣＢ上のプリント回路板誘導手段ＰＣＢＧは、例えば爪の形態の、突出部として成形してもよい。光源ベッドＬＳＢ上の光源ベッド誘導手段ＬＳＢＧは、プリント回路板誘導手段ＰＣＢＧの突出部を受け入れるように適合された光源ベッドＬＳＢ内の穴として成形してもよい。少なくとも１つの爪（プリント回路板誘導手段ＰＣＢＧ）が、少なくとも１つの穴（光源誘導手段ＬＳＢＧ）に挿入されると、プリント回路板ＰＣＢは、光源ベッドＬＳＢに対して１つの位置に固定される。
【０２００】
勿論のこと、図示されている解除可能なロック機構ＲＬＭは、プリント回路板ＰＣＢを光源ベッドＬＳＢに固定する１つの方法にすぎない。本発明の他の態様においては、光源誘導手段ＬＳＢＧは、例えば、任意の幾何学的形態の凹部または穴とすることができる。さらに、例えば、プリント回路板誘導手段ＰＣＢＧとして図示されている突出部がプリント回路板ＰＣＢ上、または光源ベッドＬＳＢ上に位置するかどうかは重要ではないことがある。
【０２０１】
図７Ｂは、プリント回路板ＰＣＢが、光源ベッドＬＳＢに部分的に接続されている、本発明の一態様の上面図を示す。解除可能なロック機構ＲＬＭは、光源ベッドＬＳＢに移動可能に接続されている。このために、解除可能なロック機構ＲＬＭは、例えば、回すことによって、プリント回路板ＰＣＢの少なくとも一部に重なるか、またはそれを覆う。次いで、プリント回路板ＰＣＢは、プリント回路板ＰＣＢの左側ＬＳに図示されているように、光源ベッドＬＳＢに固定される。プリント回路板ＰＣＢの右側ＲＳに、プリント回路板ＰＣＢの部分に重ならないように、またはそれを覆わないように、２つの解除可能なロック機構ＲＬＭが回されている。
【０２０２】
勿論のこと、図示されている解除可能なロック機構ＲＬＭは、プリント回路板ＰＣＢを光源ベッドＬＳＢに固定する１つの方法にすぎない。本発明の別の態様においては、解除可能なロック機構ＲＬＭは、例えば、ラッチ／ノッチシステムまたはネジシステムを用いて、取り外し可能に、例えば両方に回してもよい。さらに、例えば、解除可能なロック機構ＲＬＭの可動部分がプリント回路板ＰＣＢ上に位置するか、または光源ベッドＬＳＢ上に位置するかは、重要ではないかもしれない。
【０２０３】
本発明のさらに別の態様によれば、プリント回路板ＰＣＢは、光源ベッドＬＳＢの上に位置し、図７Ａに示すように、光源ベッドＬＳＢ中に下げられることがない。
プリント回路基板ＰＣＢを光源ベッドＬＳＢにロックするように適合された様々なロックシステムがある。本発明の好ましい態様によれば、本露光システムＥＳに好適なすべてのロックシステムに対する共通特徴は、プリント回路板ＰＣＢが光源ベッドＬＳＢにロック／固定されるときに、発光ダイオードの光軸ＯＡＬＤが入力光学系の光軸ＯＡＯＰと一致することである。
【０２０４】
本発明の一態様によれば、発光ダイオードＬＤからの光線と、入力光学系の少なくとも一部の光軸ＯＡＯＰとの間の最大角度が１．５度以下である。
上記の２つの光学軸が、プリント回路板ＰＣＢを光源ベッドＬＳＢ上または、その中にロックした後に、一致しない場合には、露光システムＥＳは、最適には動作できない。状況によっては、そのような光学軸の整列不良の影響は、考慮するのに値しない。他の状況において、２つの光学軸の間のずれは、光学軸の一方の事後調節または較正を実施することによって少なくとも部分的に補正することができる。そのような事後調節は、例えば、機械的または電気的に行うことができる。
【０２０５】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「整列」および「整列する」の用語は、厳密に機械的な意味での整列と解釈すべきではない。そうではなく、上記の用語は、物理的に可能な限界内における精度を有する整合と解釈すべきである。
【０２０６】
図７Ａに示すように、照明ユニットＩＵは、視準光学系ＣＯとして図示された、１つまたは複数の視準レンズを備える入力光学系ＩＯと、少なくとも１つのマイクロレンズ配列ＭＬの形態の焦点光学系とを含む。
【０２０７】
少なくとも１つのマイクロレンズ配列ＭＬは、視準された光を空間光変調器ＳＬＭを通過して集束させ、空間光変調器ＳＬＭは、個々に制御可能な光変調器群ＬＭによって光のパターンを確立する。この光のパターンは、マイクロレンズＭＬの少なくとも１つの配列によって出力光学系ＯＯ内に向けられる。次いで、出力光学系が、パターン化された光を感光材料ＬＳＭの表面上の照明スポットＩＳＰ上に集束させる。
【０２０８】
制御ユニットＣＵは、発光ダイオードＬＤおよび空間光変調器ＳＬＭを制御する。さらに、制御ユニットは、必要な場合には、一方または両方の光軸の事後調節を制御してもよい。
【０２０９】
図８〜１０は、立体リソグラフィ装置ＳＡの１つの可能な実施形態を示しているにすぎず、立体リソグラフィＳＡが動作するのに、後述する特徴のすべてが必要であるわけではないことに留意すべきである。さらに、立体リソグラフィ装置ＳＡの詳細のすべてが図示されているわけではないこと、および図示されていない、追加の部分が有利な場合もあることに留意すべきである。
【０２１０】
図８は、本発明の一態様による、立体リソグラフィ装置ＳＡの正面図／側面図を示す。
立体リソグラフィ装置ＳＡは、１つまたは複数の摺動式槽ドアＳＶＤを備えてもよく、このドアは、例えば、押す、回すなどによって起動される、摺動式槽ドアハンドルＳＶＤＨを用いて開けてもよい。摺動式槽ドアＳＶＤは、一方側に摺動させるか、または１つまたは複数のヒンジの周りに回転させることによって、槽Ｖ（図示せず）へのアクセスを可能にする。
【０２１１】
１つまたは複数の摺動式前面ドアＳＦＤを、１つまたは複数の前面パネルＦＰおよび側面パネルＳＰと関係して配置してもよい。
摺動式前面ドアＳＦＤは、一方側に摺動させることによって、または１つまたは複数のヒンジの周りに回転させることによって、露光システムＥＤ（図示せず）へのアクセスを可能にしてもよい。なお、摺動式前面ドアＳＦＤを透明にして、摺動式前面ドアＳＦＤを開けることなく構築過程を監視できるようにしてもよいことに留意すべきである。
【０２１２】
１つまたは複数の前面パネルＦＰが、立体リソグラフィ装置ＳＡの側部まで延びていてもよい。１つまたは複数の前面パネルＦＰは、機械の状態（例えば、動作中、停止中、故障、その他）、または構築過程において立体リソグラフィ装置ＳＡが所与の時間においてどの段階にあるかを知らせる、１つまたは複数の機械状態インジケータＭＳＩを備えてもよい。この機械状態インジケータＭＳＩは、立体リソグラフィ装置ＳＡのルーフＲＯまたは側部に置いてもよく、また、例えば、ディスプレイ、ランプ、サイレン、その他を備えてもよい。
【０２１３】
さらに、立体リソグラフィ装置ＳＡには、１つまたは複数の側面ドアＳＩＤおよび１つまたは複数の下部側面パネルＬＳＰを含めてもよく、これらは立体リソグラフィ装置ＳＡの通常動作中には使用されていない。側面ドアＳＩＤおよび下部側面パネルＬＩＰは、立体リソグラフィ装置ＳＡの部品が保全されるときにのみ取り外されるか、または開けられる。
【０２１４】
なお、本発明の一態様によれば、側面ドアＳＩＤは、摺動式前面ドアＳＦＤの一部としてもよく、また本発明の一態様によれば、下部側面パネルＬＳＰは、摺動式槽ドアＳＶＤの一部としてもよいことに留意すべきである。
【０２１５】
図９は、本発明の一態様による立体リソグラフィ装置ＳＡの背面図／側面図を示しており、ここで側面ドアＳＩＤおよび摺動式前面ドアＳＦＤは取り外されて、露光システムＥＳが見えている。
【０２１６】
本発明の一態様によれば、立体リソグラフィ装置ＳＡは、調節可能な１つまたは複数の機械脚部ＭＦ上に載せられている。これによって、槽Ｖ（図示せず）が立体リソグラフィ装置ＳＡ内に位置するときに、感光材料ＬＳＭの表面および出力光学系ＯＰ（図示せず）が実質的に平行となるように、立体リソグラフィ装置ＳＡを設置するのがより容易となる。
【０２１７】
図示された露光システムＥＳは、露光システムＥＳを保全または点検するときに使用される、左上部側面ドアＵＤおよび左下部側面ドアＬＤを含む。さらに、露光システムは、照明源ＩＳ（図示せず）にアクセスするための、ランプハウジングドアＬＨＤを備える。さらに露光システムＥＳは、照明ユニットＩＵ（図示せず）の異なる部分を保護する、保護プレートＰＰを備える。保護窓ＰＷの側部が、露光バーの外部フレームＯＦＥＢと一緒に図９にも示されている。
【０２１８】
保護窓ＰＷ（図示せず）を解放するためのハンドルＨＤを、露光システムケースＥＳＣ内に置いてもよい。
図１０は、摺動式前面ドアＳＦＤが取り除かれている、本発明の一態様による立体リソグラフィ装置ＳＡの正面図を示す。露光システムＥＳは、感光材料ＬＳＭ（図示せず）の全体にわたって走査するときに、露光システムキャリッジスリットＥＳＣＳ内を移動する。さらに、図１０は、機械がその周りに構築されている、機械フレームＭＦＲ、および露光システムエネルギーチェーンＳＢＥＣのための支持ベースを示す。
【０２１９】
本発明は、材料の赤外線粉末焼結に対して、顕著で予期しない利点を示し、それによって大きな表面を高精度に迅速に処理することができる。
【図１】
2012506063.tif 000003
【図２】
2012506063.tif 000004
【図３ａ】
2012506063.tif 000005
【図３ｂ】
2012506063.tif 000006
【図３ｃ】
2012506063.tif 000007
【図３ｄ】
2012506063.tif 000008
【図３ｅ】
2012506063.tif 000009
【図４】
2012506063.tif 000010
【図５ａ】
2012506063.tif 000011
【図５ｂ】
2012506063.tif 000012
【図５ｃ】
2012506063.tif 000013
【図６】
2012506063.tif 000014
【図７ａ】
2012506063.tif 000015
【図７ｂ】
2012506063.tif 000016
【図８】
2012506063.tif 000017
【図９】
2012506063.tif 000018
【図１０】
2012506063.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月13日(2011.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体リソグラフィ装置用の露光システム（ＥＳ）であって、
２００〜１０００００ｎｍの間の波長の光を放出する少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）と、
複数の個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を備える、少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）と、
少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）を具備し、
前記入力光学系（ＩＯ）および出力光学系（ＯＯ）は、前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を介して、照明領域（ＩＡ）に伝達するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）は、前記制御ユニット（ＣＵ）からの制御信号に従って前記入力光学系（ＩＯ）からの光のパターンを確立することを可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）は、前記少なくとも１つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明スポット（ＩＳＰ）に集束させることを可能にし、
前記露光システム（ＥＳ）は、前記発光ダイオード（ＬＤ）の光軸（ＯＡＬＤ）に対して４５度を超える角度で前記発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記光軸（ＯＡＬＤ）に対して平行な方向にそのような光を向けるように、整合させることができ、
前記露光システム（ＥＳ）が、前記光が前記入力光学系（ＩＯ）に導入される前に、前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光を整合する手段を含む、露光システム。
【請求項２】
前記露光システムが、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸に対する前記整合された光の角度が１．５度以下となるように、前記光の方向を変えるように、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸に対して４５度を超える角度で、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光の一部の方向を整合する手段を含む、請求項１に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光を整合する前記手段が、少なくとも１つの反射器（ＲＥ）、及び／又は少なくとも１つの光学レンズ（ＯＰ）、及び／又は少なくとも１つの保護シールド（Ｐ）を含む、請求項１に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項４】
１つの空間光変調器（ＳＬＭ）から発生する、それぞれの照明スポット（ＩＳＰ）に集束される光のエネルギーの総量と、前記空間光変調器（ＳＬＭ）に対応する前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光のエネルギーの総量との比が、少なくとも０．１である、請求項１に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項５】
立体リソグラフィ装置（ＳＡ）用の露光システム（ＥＳ）であって、
２００〜１０００００ｎｍの間の波長の光を放出する少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）と、
複数の個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を備える、少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）と、
少なくとも１つの測定ユニット（ＭＵ）と、
少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）とを含み、
前記入力光学系（ＩＯ）および出力光学系（ＯＯ）は、前記発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器群を介して、照明領域（ＩＡ）に伝送するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）は、前記制御ユニット（ＣＵ）からの制御信号に従って，前記入力光学系（ＩＯ）からの光のパターンの確立を可能とし、
前記出力光学系（ＯＯ）は、前記少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）からの前記光のパターンを照明領域（ＩＡ）に集束させることを可能にし、
前記測定ユニット（ＭＵ）は、それぞれの個別空間光変調器（ＳＬＭ）によって伝送される光の強度を測定することを可能にし、
前記制御ユニット（ＣＵ）は、前記測定値に基づいて、各発光ダイオード（ＬＤ）によって放出される光の強度を調整することを可能にし、
前記測定ユニット（ＭＵ）は、少なくとも１つの光感度センサを含み、該光感度センサの出力は、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度の代表値を表わし、
前記少なくとも１つの光感度センサは、装置内で、光が前記空間光変調器（ＳＬＭ）によってパターン化される前に前記光の強度を測定することを可能にする位置に置かれる、露光システム。
【請求項６】
前記制御ユニット（ＣＵ）が、１つまたは複数の前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度を制御することを可能にする、請求項５に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項７】
前記制御ユニット（ＣＵ）が、１つまたは複数の前記測定された代表値に基づいて、前記少なくとも２つのダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度が均一になるように、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）の各固体から放出される光の強度を制御することを可能にする、請求項５又は６に記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項８】
前記制御ユニット（ＣＵ）が、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）に印加される電圧または電流を制御することによって、前記少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＤ）から放出される光の強度を制御する手段を備える、請求項５乃至７のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項９】
前記光感度センサが、前記塗り重ね装置（ＲＥＣ）上に搭載されている、請求項５乃至８のいずれかに記載の露光システム（ＥＳ）。
【請求項１０】
露光システム（ＥＳ）を備える立体リソグラフィ装置（ＳＡ）であって、前記露光システムは、
少なくとも１つのソケット（ＳＯ）および少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）を備える、少なくとも１つのプリント回路板（ＰＣＢ）と、
複数の個別に制御可能な光変調器群を備える、少なくとも２つの空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された入力光学系（ＩＯ）と、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）に光学的に結合された出力光学系（ＯＯ）と、
少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）と、
発光ダイオードの光軸（ＯＡＬＤ）が前記入力光学系の光軸（ＯＡＯＰ）と整合されるように、前記プリント回路板（ＰＣＢ）を解除可能にロックしている、少なくとも１つの光源ベッド（ＬＳＢ）とを含み、
前記入力光学系（ＩＯ）および出力光学系（ＯＯ）は、前記発光ダイオード（ＬＤ）から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）の前記個別に制御可能な光変調器群（ＬＭ）を介して照明領域（ＩＡ）に伝送するのを容易にし、
前記空間光変調器（ＳＬＭ）は、前記制御ユニット（ＣＵ）からの制御信号に従って、前記入力光学系（ＩＯ）からの光のパターンの確立を可能にし、
前記出力光学系（ＯＯ）は、前記空間光変調器（ＳＬＭ）から照明領域（ＩＡ）上への前記光のパターンを集束させることを可能にする、立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１１】
前記プリント回路板（ＰＣＢ）が、解除可能なロック機構（ＲＬＭ）によって前記光源ベッド（ＬＳＢ）に解除可能にロックされており、
前記少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＤ）の光軸（ＯＡＬＤ）が前記入力光学系（ＩＯ）の光軸（ＯＡＯＰ）と一致するように、前記プリント回路板（ＰＣＢ）が、前記解除可能なロック機構（ＲＬＭ）によって解除可能にロックされている、請求項１０に記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１２】
前記立体リソグラフィ装置（ＳＡ）が、装置の動作における障害または異常を知らせるための警報を含む、請求項１０又は１１に記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのプリント回路板（ＰＣＢ）が、少なくとも１つの冷却表面（ＣＳ）を含む冷却手段（ＣＭ）を含む、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１４】
前記解除可能なロック機構（ＲＬＭ）が、前記光源ベッド（ＬＳＢ）に移動可能に接続されている、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１５】
発光ダイオードの光軸（ＯＡＬＤ）および入力光学系の光軸（ＯＡＯＰ）の整合の誤差が２０μｍ未満である、請求項１０乃至１４のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１６】
前記光源ベッド（ＬＳＢ）、前記露光システム（ＥＳ）または前記プリント回路板（ＰＣＢ）が、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光軸（ＯＡＬＤ）の位置、または前記入力光学系の光軸（ＯＡＯＰ）の位置の調節のための調節機構を含む、請求項１０乃至１５のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１７】
発光ダイオード（ＬＤ）の数が、空間光変調器（ＳＬＭ）の数以下である、請求項１、５乃至９に記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項１０乃至１６のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１８】
前記装置が、前記発光ダイオード（ＬＤ）の１つまたは複数から放出された光を、前記空間光変調器（ＳＬＭ）中に誘導する光誘導手段を具備し、前記光誘導手段が光ファイバの形態である、請求項１、５乃至９に記載の露光システム（ＥＳ）、あるいは請求項１０乃至１６のいずれかに記載の立体リソグラフィ装置（ＳＡ）。
【請求項１９】
請求項１、５乃至１８のいずれかに記載の装置を使用することによって感光性材料から３次元対象物を製作する方法。
【請求項２０】
請求項１、５乃至１８のいずれかに記載の装置、又は請求項１９に記載の方法によって製作される、３次元対象物。
【国際調査報告】
2012506063.tif 000020
2012506063.tif 000021
2012506063.tif 000022